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Einfluss des Betriebs von Wärmepumpen auf potentielle Durchfrostung einer Erdwärmesonde - EWS-Frost -

Volltext

Beschreibung

Parallele Temperatur- und TDR-Messungen (Time Domain Reflectometry) an einem Betonprobekörper zeigen eine direkte Korrelation des Beginns der Eisbildung (Keimbildung) mit einem lokalen, kurzzeitigen Temperaturanstieg. Somit konnte im Rahmen der vorliegenden Untersuchungen eine Methode entwickelt werden, mit Hilfe derer erstmals die Eisbildung innerhalb einer Erdwärmesonde (EWS) für verschiedene Szenarien experimentell nachgewiesen werden kann. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die Keimbildung im Zentrum der Sonde (zwischen den Sondenrohren) stattfindet.

Ein VEGAS Großbehälter mit einem Schichtaquifer unterschiedlicher Durchlässigkeiten wurde mit einer extern hergestellten EWS sowie einem dichten Netz von PT100 Temperaturfühlern in deren Nahfeld ausgestattet. Die EWS wurde dann mit unterschiedlichen Zulaufszenarien betrieben (Leistung der Kühlanlage, Zulauftemperatur und Strömungsverhältnisse im Sondenrohr, Kühlbetrieb) und deren Einfluss auf den Nahbereich der Sonde sowie auf das Verfüllmaterial der Sonde betrachtet. Die Ergebnisse sind in untenstehender Tabelle zusammengefasst.

  1. Bei Zulauftemperaturen zwischen 0°C und -2 °C (S1, S2, S3, S4) konnte, unabhängig von den weiteren Randbedingungen, im Verfüllmaterial keine Frostbildung nachgewiesen werden.
  2. Bei Zulauftemperaturen von -3 °C und transienten Strömungsbedingungen in der Sonde wurde bei unterschiedlicher Kühlleistung des Thermostats (0,6 kW, 2kW) eine Frostbildung erst nach 100 (94) Stunden Dauerbetriebs nachgewiesen (S5, S9). Dieser Lastfall kommt in der Praxis wohl äußerst selten vor.
  3. Bei Zulauftemperaturen von -3 °C, und turbulenten Strömungsbedingungen in der Sonde, bei stagnierendem Grundwasser und maximaler Kühlleistung wurde eine Frostbildung nach 21/13 Stunden Dauerbetrieb (S8/S11) nachgewiesen.
  4. Wenn bei den in 3) beschriebenen Bedingungen eine Grundwasserströmung angelegt wurde, stellte sich im Verfüllmaterial bereits nach 4 Stunden Dauerbetrieb (S10) Frost ein.
  5. Wenn die EWS bei den in 3) beschriebenen Bedingungen intermittierend betrieben wurde, dann gefriert die Hinterfüllung ähnlich wie bei Dauerbetrieb. Bei kurzen Relaxationszeiten (S12a) bleibt die Hinterfüllung gefroren. Bei längeren Relaxationszeiten (S12b) stellt sich in der Hinterfüllung ein Frost-Tau-Wechsel ein. Eine weitere Verlängerung der Relaxationszeit (S12c) resultiert in einer Situation, in der nur noch teilweise Frostbildung nachgewiesen werden kann. Bei einer leichten Zunahme der Kühltemperatur auf -2,5 °C (S12d) bleibt die Sonde frostfrei.
  6. Im Nahbereich der Sonde konnte bei keinem der durchgeführten Szenarien Frostbildung nachgewiesen werden.

    Metadaten

    TitelEinfluss des Betriebs von Wärmepumpen auf potentielle Durchfrostung einer Erdwärmesonde - EWS-Frost - 
    Stand 2017 
    Seitenzahl28 
    Förderkennzeichen L7514011

     

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