Worum geht es? Modellierung Einfluss der
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Modellierung von Wärmeströmen im Boden infolge geothermischer Nutzung Dipl.-Phys. Kai Freudenstein Worum geht es? Prof. Dr.-Ing. Bernd Lutz GUD Geotechnik und Dynamik Consult GmbH Durch die beiden Quellen wird eine realitätsnahe Temperaturschichtung in Abhängigkeit der Bodentiefe und der Jahreszeit erreicht. Einfluss der Erdwärmea Modellierung von Wärmeströmen im Boden infolge geothermischer Nutzung Erdwärme spielt eine wichtige Rolle bei der auf CO2-Verminderung bedachten Energiepolitik und ist eine nahezu unerschöpfliche Wärmequelle. Für die Nutzung dieser Energie werden unter anderem Erdwärmesonden verwendet, die dem BodenKai Wärme entziehen, die dann Dipl.-Phys. Freudenstein Prof. Dr.-Ing. Bernd Lutz zum Heizen genutzt werden kann. Worum geht es? Die Erdwärmesonden entziehen dem Bo in den Wintermonaten Wärme. In den S ten steigt die Temperatur in der Umgebun wieder an. Während die Temperatur zu B zung im Jahresmittel GUD Geotechnik und Dynamik Consult GmbH weiter abnimmt, wir Jahren ein nur noch durch den Jahresgan Temperaturverlauf erreicht. Die Tempera sich nicht mehr im Vergleich zum gleichen Durch die beiden Quellen wird eine realitätsnahe TemEinfluss der Erdwärmeanlagen Vorjahres. peraturschichtung in Abhängigkeit der Bodentiefe und der Jahreszeit erreicht. Erdwärme spielt eine wichtige Rolle bei der auf CO2-Verminderung bedachten Energiepolitik und ist eine nahezu unerschöpfliche Wärmequelle. Für die Nutzung dieser Energie werden unter anderem Erdwärmesonden verwendet, die dem Boden Wärme entziehen, die dann zum Heizen genutzt werden kann. Die Erdwärmesonden entziehen dem Boden vor allem in den Wintermonaten Wärme. In den Sommermonaten steigt die Temperatur in der Umgebung der Sonden wieder an. Während die Temperatur zu Beginn der Nutzung im Jahresmittel weiter abnimmt, wird nach einigen Jahren ein nur noch durch den Jahresgang veränderter Temperaturverlauf erreicht. Die Temperatur verändert sich nicht mehr im Vergleich zum gleichen Zeitraum des Vorjahres. Schematische Darstellung der Wärmeflüsse Die Auswirkungen dieser Wärmeübertragung auf die Temperatur des Untergrunds ist Gegenstand dieses Forschungsprojektes. Durch die Temperaturdifferenz zwischen Erdkern und Erdoberfläche fließt ein stetiger Wärmestrom aus dem Erdinneren. Insbesondere im Schematische Darstellungist der Wärmeflüsse oberen Bereich auch die thermische Regeneration durch Sonneneinstrahlung von der Erdoberfläche ein Die Auswirkungen dieser Wärmeübertragung auf die wichtiger Faktor. Ebenso ististder unterschiedliche Temperatur des Untergrunds Gegenstand dieses zeitliche Verlauf der Entzugsleistung durch die Anlage zu Forschungsprojektes. Durch die Temperaturdifferenz berücksichtigen. zwischen Erdkern und Erdoberfläche fließt ein stetiger Tiefenprofile der Temperatur zu verschiedenen Jahreszeiten im oberflächennahen Bereich Vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung liegen Wärmestrom aus dem Erdinneren. Insbesondere im neben den im Modell verwendeten Temperaturdaten oberen Bereich ist auch die thermische Regeneration der Oberflächen auch Daten von Temperaturen in unTiefenprofile der Temperatur zu verschiedenen Jahreszeiten im oberflächennahen durch Sonneneinstrahlung von der Erdoberfläche ein terschiedlichen Tiefen vor, die mit den BerechnungserBereich wichtiger Faktor. Ebenso ist der unterschiedliche zeitVergleich der Temperaturprofile einer 1-Sondenanlage mit e gebnissen verglichen werden. In der oberen Abbildung liche Verlauf der Entzugsleistung durch die Anlage zu Sonden (Januar) sind die gemessenen Temperaturprofile berücksichtigen. Vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung liegen für vier Monaneben den Modell verwendeten Temperaturdaten te im den Berechnungsergebnissen gegenübergestellt. Es von Temperaturen in un- des typischen ergibt auch sich Daten eine gute Übereinstimmung Zwei Energiequellen für geothermische Nutzung: der Oberflächen Für die Modelle der oben abgebildeten P terschiedlichen Tiefen vor, die mit den BerechnungserVerlaufs. Erdwärmesonden mit einer Länge von 100 Vergleich der Temperaturprofile einer 1-Sondenanlage mit einer Anlage mit 3 x 3 gebnissen verglichen werden. In der oberen Abbildung Modellierung Konstanter Wärmestrom von 0,07 W/m² von der Unliert. Im Umfeld einer einzelnen Sonde si Sonden (Januar) sind die gemessenen Temperaturprofile für vier Monaterseite in das Modell hinein simuliert den Wärmeraturen geringfügig tiefer, als dies ohne te den Berechnungsergebnissen gegenübergestellt. Es ergibt sich eine gute Übereinstimmung des typischen Für die Modelle der oben abgebildeten ProfileWährend wurden sich die Te Zwei Energiequellen für geothermische Nutzung: strom aus dem Erdinneren sonde der Fall wäre. Verlaufs. Erdwärmesonden mitgrößerer einer LängeEntfernung von 100 Metern vonsimuder Sonde auch Konstanter Wärmestrom von 0,07 W/m² von der Unliert. Im Umfeld einer einzelnen Sonde sind die TempeGemessene Daten der Temperatur der Erdoberfläche Heizperiode kaum verändern, ist im Erdr terseite in das Modell hinein simuliert den Wärmeraturen geringfügig tiefer, als dies ohne die Erdwärmebestimmen dieErdinneren Temperaturwerte des oberen Modellger als sich fünfdie Meter Abstandin zur Sonde e strom aus dem sonde der Fall wäre. Während Temperaturen randes nahme der Temperatur Die größerer Entfernung von der Sonde auch währendfestzustellen. der Gemessene Daten der Temperatur der Erdoberfläche Heizperiode kaum verändern, ist wird im Erdreich mitSommermonaten weniturgefälle in den bestimmen die Temperaturwerte des oberen Modellger als fünf Meter Abstand zur Sonde eine starke Abausgeglichen. Modellierung randes nahme der Temperatur festzustellen. Dieses Temperaturgefälle wird in den Sommermonaten jedoch wieder Zur Simulation einer größeren Anlagen w ausgeglichen. figuration mit 3 x 3 Sonden gewählt. Insg Zur Simulation einer größeren Anlagen wurde eineAbkühlung Kondeutliche, weitflächige der U Vergleich des Temperaturverlaufs figuration mit 3 x 3 Sonden gewählt. ist eine Die obige Abbildung enthält eine Gegenüberstellung stellbar. AuchInsgesamt hier setzen starke Veränd deutliche, weitflächige Abkühlung der Umgebung festder Jahresgänge in Tiefen von 1, 4 sowie 12 Meter unter rend der Heizperiode erst in der Nähe d Die obige Abbildung enthält eine Gegenüberstellung stellbar. Auch hier setzen starke Veränderungen wähGelände. Es ergibt eine der Im Einzelanlage findet der Jahresgänge in Tiefen von 1, sich 4 sowie 12 gute Meter Übereinstimmung unter rend der Heizperiode erstGegensatz in der Nähezu derder Anlage ein. Simulation mit gute denÜbereinstimmung realen Messdaten. turangleichung Raume Gelände. Es ergibt sich eine der Die Im Dämpfung Gegensatz zu der Einzelanlage findetdes einesondennahen TemperaSimulation mitAmplitude den realen Messdaten. Die Dämpfung in Abhängigkeit turangleichung des sondennahen Raumes an die unge- in den Som der der Temperaturkurve störte Umgebungstemperatur der Amplitude der Tiefe Temperaturkurve in Abhängigkeit Ebenso störte Umgebungstemperatur den Sommermonaten von der wird gut wiedergegeben. verhält aber nurin teilweise statt, insbesondere d von der Tiefe wird gut wiedergegeben. Ebenso verhält aber nur teilweise statt, insbesondere der Raum zwies sich mit dem zeitlichen Versatz der Kurven in den schen den einzelnen Erdwärmesonden bl es sich mit dem zeitlichen Versatz der Kurven in den schen den einzelnen Erdwärmesonden bleibt auf einem unterschiedlichen Tiefen. deutlich niedrigeren Temperaturniveau. unterschiedlichen Tiefen. deutlich niedrigeren Temperaturniveau. Vergleich des Temperaturverlaufs Temperaturprofil des Erdreiches im Modellgebiet (Januar) Temperaturprofil des Erdreiches im Modellgebiet (Januar) Gefördert durch: Gefördert durch:
