Sondenlänge auslegen


Berechnung der erforderlichen Länge der Erdwärmesonde(n)

Für die Dimensionierung von Erdwärmesonden existiert in der Schweiz eine eigene Norm, die SIA 384/6, Erdwärmesonden [Quelle:SIA 384/6, 2010]. Für die Berechnung von Erdwärmesonden-Anlagen ist sie das einzig gültige Regelwerk und muss zwingend angewendet werden. In Deutschland können die VDI-Richtlinien 4640 ff genutzt werden, welche aber gegenüber der SIA 384/6 älter und weniger umfassend sind. Richtwerte aus der Praxis (z.B. 45 W/m Sondenlänge) mögen für grobe Abschätzungen hilfreich sein, als Berechnungsgrundlagen taugen sie aber nicht! Der Bauherr sollte deshalb beim Planer unbedingt die Auslegung seiner Anlage nach der Norm SIA 384/6 verlangen.

Die lokale Geologie muss auf jeden Fall berücksichtigt werden

In erster Linie muss bei der Auslegung der Erdwärmesonden (EWS) die lokale Geologie berücksichtigt werden. Diese kann beim zuständigen Amt der Kantone erfragt werden. Ihre Beschaffenheit kann örtlich sehr unterschiedlich sein und ist deshalb nie hundertprozentig vorhersehbar. Bauherr wie Unternehmer müssen sich deshalb während des Bohrvorgangs auch auf Überraschungen gefasst machen.

Nicht in jedem Fall stimmt eine Annahme mit den tatsächlichen Verhältnissen überein. In einem solchen Fall muss die Länge (oder Anzahl) der EWS neu berechnet werden. Es kann deshalb vorkommen, dass tiefer als ursprünglich geplant gebohrt werden muss, oder dass eine Bohrung vorzeitig abgebrochen werden muss, weil man z. B. auf unerwartetes Grundwasser stösst. Solche Probleme treten allerdings zum Glück selten auf, die überwiegende Mehrzahl aller Bohrungen verläuft absolut problemlos.

Die Belastung der Erdwärmesonde ist mitentscheidend

Bei der Auslegung der EWS muss das Belastungsprofil des Wärmebedarfes über das ganze Jahr miteinbezogen werden. Die Belastung ist gleich dem Wärmebedarf des Hauses, und der maximal mögliche Wärmeentzug hängt unter anderem von der Geologie ab. Die Kennzahl ist entweder der Wärmeentzug pro Jahr in kWh/m, oder die Anzahl der Volllaststunden pro Jahr der Wärmepumpenanlage.

Die Volllaststunden (h) berechnen sich aus der benötigten totalen Wärmeenergie pro Jahr (in kWh) geteilt durch die erforderliche thermische Auslegeleistung der Wärmepumpe (in kW). Bei einer EWS, die nur zum Heizen benutzt wird, liegen die Volllaststunden eines Wohnhauses bei ungefähr 1800h. Wenn (wie empfohlen) auch das Warmwasser mit der Wärmepumpe erwärmt wird, liegen die Volllaststunden bei ca. 2200h. Bei neuen, gut gedämmten Gebäuden kann diese Zahl auch tiefer liegen.

Falls die Anzahl der Volllaststunden über 1800 h liegen, muss die EWS entsprechend länger gebohrt werden. Ebenso, falls mehr als 100 kWh/m Wärme jährlich aus der EWS entzogen werden sollen.

Nahe gelegene EWS müssen mit berücksichtigt werden

Weiter muss berücksichtigt werden, ob in 30m Umkreis weitere EWS bestehen, geplant sind oder in Zukunft erstellt werden könnten. Dies ist in vielen dicht überbauten Gegenden der Fall. In diesem Fall kann eine natürliche Regeneration der Erde auf lange Zeit hinaus gesehen nicht mehr garantiert werden. In einem solchen Fall ist zu empfehlen, die EWS der SIA 384/6 entsprechend zu verlängern, da die Bodentemperatur über die Lebensdauer ohne Gegenmassnahmen merklich abnehmen wird. Noch besser aber ist es, eine (künstliche) Regeneration der EWS vorzusehen, entweder mit einer Deckenkühlung oder/und mit einem Solarabsorber.

Werden ganze Sondenfelder erstellt, ist eine fachgerechte Simulationsrechnung der ganzen Anlage und eine geeignete künstliche Regeneration unbedingt erforderlich (siehe z.B. Programm-Modul EWS und Pilesim2).

Reines Wasser in der EWS macht eine Verlängerung notwendig

Reines Wasser als Fluid in der EWS macht eine Verlängerung der EWS um etwa 50% notwendig. Mit thermisch verbesserter Hinterfüllung kann die Mehrlänge auf 30% reduziert werden. Dies führt zwar zu höheren Baukosten, aber der Betrieb mit reinem Wasser ist effizienter und lohnt sich über die Gesamtlebensdauer gesehen.

Verbesserte Hinterfüllung rechtfertigt nicht eine kürzere EWS

Eine thermisch verbesserte Hinterfüllung ist eine sehr zu empfehlende Massnahme. Die Temperaturdifferenz zwischen Erdreich und Sondenfluid kann verkleinert werden, was die Jahresarbeitszahl (JAZ) der Wärmepumpenanlage erhöht und die benötigte Mehrlänge beim Betrieb mit reinem Wasser als Sondenfluid reduziert. Die Eigenschaften des umgebenden Erdreichs limitieren jedoch die maximal entziehbare Wärme. Deswegen ist es nicht sinnvoll, die EWS kürzer auszulegen, wenn man thermisch verbessertes Hinterfüllmaterial benützt.

Für den Durchmesser der EWS: siehe Hydraulik optimieren


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