Grundwassersonden sind eine effiziente Quelle für die Nutzung von Erdwärme und werden häufig in Kombination mit Grundwasser-Wärmepumpen eingesetzt. Sie ermöglichen stabile Jahresarbeitszahlen und eine zuverlässige Versorgung mit Umgebungswärme, da die Temperatur des Grundwassers im Jahresverlauf kaum schwankt. Polysun unterstützt die praxisnahe Auslegung und Simulation solcher Anlagen und berücksichtigt dabei sowohl thermische als auch hydraulische Aspekte.
Temperaturberechnung in Abhängigkeit der Tiefe
Die Temperatur wird hierbei in Abhängigkeit der Tiefe berechnet. Folgende Annahmen wurden dafür getroffen:
Die Erdreichtemperatur θ(x,t) in Abhängigkeit der Tiefe x im Erdreich [m] und der Zeit t [s] ändert sich unter dem Einfluss des Jahreszeitverlaufs der Temperatur des Aussenklimas für die Nordhalbkugel nach folgender Formel:
\(\theta(x,t) = \ \theta_{m} – \ \theta_{0} \cdot exp\left( – x\sqrt{\frac{\pi}{a \cdot T}} \right) \cdot cos\left( \frac{2\pi}{T}t – x \cdot \sqrt{\frac{\pi}{a \cdot T}} \right)\)
Wobei \(\theta_{m\ }\) [°C] die Durchschnittsaussentemperatur, \(\theta_{0}\) [°C] die maximale saisonale Abweichung der Durchschnittsaussentemperatur, die Anzahl Sekunden eines Jahres und die Wärmeleitfähigkeit des Bodens ist.
Die Erdreichtemperatur θ(x,t) in Abhängigkeit der Tiefe x [m] im Erdreich und der Zeit t [s] ändert sich unter dem Einfluss des Jahreszeitverlaufs der Temperatur des Aussenklimas für die Südhalbkugel nach folgender Formel:
\(\theta(x,t) = \ \theta_{m} + \ \theta_{0} \cdot exp\left( – x\sqrt{\frac{\pi}{a \cdot T}} \right) \cdot cos\left( \frac{2\pi}{T}t – x \cdot \sqrt{\frac{\pi}{a \cdot T}} \right)\)
Konstante Grundwassertemperatur ab Tiefe 10-15m
Bei einer Grundwassertiefe ab ca. 10-15 m und tiefer kann in guter Annäherung angenommen werden, dass die Grundwassertemperatur über das Jahr konstant bleibt und der Jahresmitteltemperatur des Aussenklimas entspricht.
Statischer Druck
Statischer sowie der dynamischer Druck werden korrekt in Polysun berechnet. Zur Ermittlung der dafür benötigten Höhendifferenz ∆H ist zu unterscheiden, ob die Rückgabeleitung der Grundwassersonde ins Rückgabe-Wasserreservoir eingetaucht ist. Auch eine negative Differenz ist möglich, was zu einer Entlastung der Pumpe führt. Die untenstehende Abbildung verdeutlicht diesen Zusammenhang:
