Forum Geothermie & Wärmepumpen

Hallo zusammen!

Ich habe eine Frage bezüglich des Bohrlochdurchmessers für eine Erdwärmesonde.
Ist es da grundsätzlich ratsam, mit einem möglichst geringen Durchmesser zu arbeiten? (da Wärmeleitfähigkeit des Erdreichs besser als Verfüllmaterial).
Bei mir werden gerade zwei Löcher gebohrt (2X90m), die statt 150mm Durchmesser nur etwa 100-110mm haben.
Die Doppel-U-Sonden (32mm) passen dort zwar hinein, aber es ist halt entsprechend knapp und somit laufen die Sonden auch enger zusammen (Gefahr eines thermischen Kurzschlusses? Und was heißt das dann ggf. für den späteren Ertrag?).
Der Grund allen Übels ist, dass in meiner Einfahrt -laut Bohrunternehmen- keine größeren Bohrgeräte passen, die dann mit Bohrern des gewünschten Durchmesser arbeiten könnten. Deshalb wird mit einem kleinen Spülbohrer gearbeitet. Gibt es wirklich kein Bohrgerät, das in eine etwa 2,20m breite Einfahrt passt und trotzdem ein 150mm Loch bohren kann?

Übrigens ist ein Loch bereits gebohrt und die Sonden sind dort schon eingebracht (allerdings ist es noch nicht verfüllt), dass andere wird ab Montag gebohrt. Nun stelle ich mir die Frage, ob ich auf den ursprünglich geplanten Durchmesser von 150mm bestehen soll, oder ob es vielleicht gar kein Nachteil ist?
Auf einigen Internetseiten habe ich gelesen, dass geringe Durchmesser eher günstig sind. Stimmt das?
Was haltet Ihr in meinem Fall von ThermoCem als Verfüllmaterial?
Ich würde mich freuen, wenn mir jemand einen Ratschlag geben könnte.

Vielen Dank im Voraus und viele Grüße

Teigy

Hallo Teigy,

der kleine Durchmesser hat sowohl Vorteile als auch Nachteile.
Im Prinzip ist es besser, wenn die Rohre so weit wie möglich auseinander liegen, was natürlich nur in einem möglichst großen Bohrloch geht. Um das optimal auszunutzen braucht man aber Abstandhalter, die kaum jemand verwendet.
Bei gleichem Abstand der Rohre ist ein kleineres Bohrloch besser, zumindest dann, wenn die Wärmeleitfähigkeit des Erdreichs besser ist als die der Hinterfüllung, was die Regel ist.
Thermocem ist immer eine gute Idee. Wenn der verlangte Preis nicht zu hoch ist, mehr als 4 € pro Meter sollte es nicht kosten.

Den Einfluß verwschiedener Bohrlochdurchmesser, Rohrabstände, Verfüllmaterialien usw kannst du mit dem Earth Energy Designer selbst simulieren. Eine kostenlose Demoversion findest du hier: www.buildingphysics.com/earth1.htm.... Ist auf jeden Fall interessant, damit ein wenig herumzuspielen. Den Rohrabstand gibst du ein als "shank space", das ist der Abstand Rohrmitte zu Rohrmitte. Du kannst mit verschiedenen Eingabewerten einerseits den Bohrlochwiderstand ermitteln oder auch verschiedene Wärmebedarfsprofile und die daraus resultierenden Soletemperaturen ermitteln. In der Demo kannst du die Wärmeleitfähigkeit des Erdreichs nicht ändern und auch die Starttemperatur, aber ansonsten kannst du alle Parameter frei wählen.

Wichtig ist der Abstand zwischen den Sonden. Die üblichen 6m sind suboptimal. Wenn das noch geht versuch den Abstand zu vergrößern. Das bringt recht viel für wenig Geld. Auch das kannst du mit dem EED simulieren.

Grüße
Frank

http://www.buildingphysics.com/earth1.htm...
So sollte es funktionieren.

Noch was zum Preis für Thermocem. Habe schon Preise von 3 bis über 7 Euro je Meter gesehen. Angemessen sind wohl bis 4 €. Das gilt aber für den normalen Bohrlochdurchmesser von 15cm. Bei dem hast zu abzüglich 4x32mm Rohr ein Volumen von 14,45 Litern pro Meter auszufüllen. Bei einem Bohrloch von 10cm dagegen nur 4,64 Liter pro Meter. Da ist m.E überhaupt kein Aufpreis gerechtfertigt, da das Thermocem zwar mehr kostet, dafür aber sehr viel weniger Masse als üblich notwendig ist.

Eigentlich wäre es gerechtfertigt, Verfüllung mit Themocem als Kompensation für das kleine Bohrloch zu fordern. Und wie gesagt mehr Abstand!!! Ist natürlich fraglich ob die damit schon gearbeitet haben. Der Mensch hat ein großes Beharrungsvermögen in eingetretenen Pfaden.

Grüße
Frank

Hallo Frank,

vielen Dank für Deine ausführliche Antwort.
Dein Vorschlag mit dem Verrechnen von Thermocem ist schon mit dem Unternehmen ausgemacht. Wobei man auch dies wieder von zwei Seiten sehen kann. Denn wenn die Wärmeleitfähigkeit des Verfüllmaterials besser ist und die Sonden dicht beieinander liegen, dann tauschen sich Vor- und Rück -Lauf leider auch gegenseitig thermisch besser aus. Somit könnte die Temperatur im Vorlauf niedriger ausfallen. Aber da ich wegen der Platzverhältnisse kaum eine andere Wahl habe, werde ich das jetzt wohl so machen.
Die 6 Meter werde ich gut erreichen, vielleicht kann ich noch 50cm rausholen. Allerdings sind die Bohrlochlängen schon sehr großzügig für die noch zu installierende WP ausgelegt. Außerdem werde ich auch noch über Solarthermie regenerieren bzw. unterstützen.
Gibt es aus Deiner Sicht beim Einführen der Sonden (bei den ersten Sonden mußten die Leute ab ca. 20m schon etwas nachhelfen) und beim Verfüllen noch etwas zu beachten?

Vielen Dank noch einmal für Deine Unterstützung und viele Grüße

Frank

Hallo Frank,

trotz Gegenstrom-Wärmetauschereffekt bleibt ein deutlicher Gewinn durch Thermocem.

Die solare Regeneration lass bitte bleiben. Die ist hip und in aller Munde, aber energetisch absoluter Quark - meist wendet man mehr Energie für die Umwälzpumpen auf als man durch die minimale Erhöhung der Soletemperatur gewinnt. Habe das vielfach berechnet und simuliert, du mußt etwa 40 kWh einspeisen um eine kWh Strom an der WP zu sparen. Der Aufwand für zusätzlichen Betrieb von Solarpumpe und Solepumpe ist aber höher als 40:1, deshalb wird das ein Verlustgeschäft. Wenn du schon sehr großzügig bohrst wird es noch schlechter. Die Sonden schlucken die eingespeiste Wärme einfach so weg. Kannst den ganzen Tag volle Pulle Solar einspeisen, einen Tag später siehst du davon nichts mehr an den Soletemperaturen.

Wichtig wäre noch: Solekonzentration nicht zu hoch. Maximal 20% einfüllen. Sonst höhere Viskosität, schlechtere Wärmeübergänge. Je nachdem wieviel Wärme du brauchst könnte man sogar erwägen, es erst mal ganz ohne Frostschutz zu versuchen nur mit Wasser.

Grüße
Frank

Hallo Frank,

noch einmal vielen Dank für die Informationen, auch für den Tipp zur Regeneration, hört sich logisch an. Die Herstellerfirma (Schüco) preist dieses Verfahren natürlich an und präsentiert hierzu Feldversuche. In einigen Berichten liest man, dass die Erdtemperatur im Bereich der Sonden über die Jahre absinkt und damit auch der Ertrag bzw. die Arbeitszahl der WP. Aber ich denke, wenn man die Sonden richtig dimensioniert sollte die Erde sich über die Sommermonate auch wieder von alleine regenerieren können.
Eine Frage zum Frostschutz habe ich dann doch noch. Gibt es bei fehlendem Frostschutz nicht die Gefahr, dass sich Eis in den Sonden bilden könnte und diese dadurch ggf. zerstört werden?

Also dann, vielen Dank noch einmal und viele Grüße

Frank

PS: Das Berechnungstool ist spitze Woher kennst Du Dich eigentlich so gut aus?

teigy hat Folgendes geschrieben:

Eine Frage zum Frostschutz habe ich dann doch noch. Gibt es bei fehlendem Frostschutz nicht die Gefahr, dass sich Eis in den Sonden bilden könnte und diese dadurch ggf. zerstört werden?

Es wurde davon gesprochen dieses nur nicht zu hoch zu wähen. Von weglassen hat keiner gesprochen. Bei korrekter Dimensionierung der WP wirst du auch bei sehr hoher Entzugsleistung mit knapp unter 0 Grad fahren. Und dafür braucht man keinen Frostschutz bis -20 Grad.

Hallo teigy,

hab mich seit 2 Jahren intensiv mit der Thematik beschäftigt. Viel im Forum gelernt, d.h. mehr in dem anderen, Haustechnikdialog - das Wärmepumpenforum dort hat ca. 100x mehr Frequentierung.

Den Frost mußt du nicht fürchten. Meine eigenen Sonden sind sehr hoch belastet, ziehe pro Jahr und Meter 150 kWh aus der Erde. Habe wegen Höhenlage mit nur 9,5° Starttemperatur begonnen. Im letzten Winter war die Sole nie kälter als +2°.
Bei dir ist die Belastung weitaus geringer, vermutlich auch die Starttemperatur höher. Deshalb gehe ich davon aus daß du niemals auch nur in die Nähe der Frostgrenze kommen wirst. Einen wichtigen Beitrag leistet hier das Thermocem, das wirkt sich in der Spitze noch stärker aus als im Mittel.

Also ich hatte schon gemeint, erst mal den Frostschutz ganz wegzulassen. Dann müssen die Soletemperaturen natürlich engmaschig überwacht werden. Wenn die Eingangstemperatur unter +6° fällt muß Sole rein. Den PE-Rohren passsiert gar nichts, die würden selbst dann keinen Schaden nehmen, wenn die Rohre komplett einfrieren.
Der Knackpunkt ist hier der Verdampfer der Wärmepumpe, der würde Schaden nehmen, wenn sich Eis bildet. Man muß hier noch die Spreizung berücksichtigen, die Sole geht ja kälter raus als rein.

Man kann die WP schützen indem man die Grenze entsprechend einstellt, bei der die WP abschaltet. Meist wird das auf eine Eingangstemperatur von -5° eingestellt, hier müßte man bei z.B. 3° Spreizung auf +6° gehen.
Wenn Sole rein muß dann höchstens 20% Konzentration.

Mit dem EED kannst du ja mal simulieren, wohin bei dir die Reise gehen könnte. 180m ist eine Menge, in einem normalen EFH ist das mehr als ausreichend. Du kannst mit dem EED übrigens auch die solare Regeneration simulieren. Bei der Eingabe Base Load kannst du einmal den Heizenergiebedarf, aber auch den Kälteenergiebedarf eingeben. Mit der Kühlung kannst du Solar simulieren. Mußt nur die Arbeitszahl einrechnen. Bei SPF ( COP ) 4 rechnet das Programm korrekt 3/4 der umgesetzten Wärme als Entzug aus der Sonde. Bei Kühlung natürlich 5/4, weil die Motorabwärme zusätzlich in die Erde geht. Läßt sich ganz einfach umrechnen. Dann mußt du nur noch deine monatlichen Energieverbräuche und die möglichen solaren Überschüsse ansetzen, schon kann es losgehen. Du wirst sehen, daß du da Unmengen an Wärme einspeisen kannst im Sommer, im Winter ist kaum noch was zu sehen.

Richtig, um die Sonden wird es kälter über Jahre. Nach einem Jahr schon 1-2°, nach weiteren 10 Jahren nochmal ein Grad, nach 100 Jahren ein weiteres Grad. Bei gering belasteten Sonden entsprechend weniger.
Die Regeneration geht übrigens erstaunlich schnell. Auch das kannst du mit dem EED simulieren, und zwar über die Peak Load Funktion. Ist eigentlich dazu gedacht, die tiefstmöglichen Soletemperaturen zu errechnen. Da kannst du bis zu 168 Stunden Dauerbetrieb eingeben, was z.B. in einem Estrichausheizprogramm vorkommen kann. Umgekehrt kann man damit aber auch die Regeneration simulieren. Darauf bin ich beim Herumspielen mit dem Programm gekommen. Du gibst dazu die Peak Load mit 0 kW ein und eine entsprechende Stundenzahl von 1-168. Das wirkt sich dann so aus wie eine komplette Abschaltung der Anlage für einen entsprechenden Zeitraum. Es ist wirklich erstaunlich, wie schnell die Temperaturen dann nach oben schießen. Umgekehrt geht das genauso schnell. Du könntest deine Sonden auf 20° heizen im August, nach einer Woche Regen würdest du kaum noch was sehen davon. Nur die langfristige Absenkung der Soletemperaturen würde gebremst. Um die hunderthährige Absenkung aber um die Hälfte abzumildern müßte man glatt die Hälfte der entzogenen Energie wieder einspeisen. Rechne das mal auf Stromverbrauch hoch. Ein Grad mehr Soletemperatur spart nur 2,5% Strom an der WP. Um dieses eine Grad zu erzielen müßte die Anlage aber hunderte Stunden lang die Solar und Solepumpen zusätzlich laufen lassen. Der zusätzlich notwendige Wärmetauscher verursacht zusätzliche Verluste und Energieverbrauch im System. Völlig unsinnig, obwohl es von allen möglichen Firmen neuerdings proagiert wird. Selbst der Sondenpapst Sanner, einer der Entwickler des EED, springt auf diesen Zug. Die Idee klingt ja auch genial, die Sonden als Solarspeicher zu verwenden. Man muß aber nicht jeden Quatsch mitmachen.

Grüße
Frank

Mir fällt gerade ein, ganz ohne Frostschutz wird bei dir nicht gehen, selbst wenn die Sole nie unter +6 fallen sollte. Du bohrst ja irgendwo im Hof und mußt 2 Sonden anschließen. In den Gräben kann es im Winter deutlich kälter werden, nur 2-3°. Das allein wäre schon zu kalt und darf nicht sein. Wenn du direkt unter der Bodenplatte bohrst sieht das anders aus. Also muß auf jeden Fall Sole rein. Die Solehersteller schreiben 20% als Mindestkonzentration vor wegen Korrosionsschutz. Habe selbst gut 17%.

Grüße
Frank

Hallo Frank,

man was es da alles zu beachten gibt. Aber ich finde es richtig spannend und werde bestimmt auch mal in das andere Forum schauen.
Nun werde ich gut informiert in die weitere Realisierungsphase gehen
Vielen Dank noch einmal für Deine Mühe und die vielen Tipps. Wenn Du magst können wir uns auf dem Laufenden halten und vielleicht hätte ich auch noch die ein oder andere Frage
Du könntest mich unter teigy@web.de direkt erreichen. Würde mich freuen!

Dann wünsche ich Dir noch viel Spass mit Deiner Anlage und viele Grüße aus Essen

Frank