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Auslegung von Erdwärmekollektoren
Die Auslegung von Erdwärmekollektoren wird in der VDI-Richtlinie 4640
beschrieben. Im Folgenden sind die wichtigsten Aspekte zusammen-
gefasst.
Bemessung
Eingabedaten für die Auslegung einer Erdkollektoranlage in Verbindung
mit einer Wärmepumpe sind:
- Wärmepumpenleistung und Wärmepumpenleistungszahl (COP), wo-
raus sich die Verdampferleistung ergibt
- Volumenstrom der Wärmepumpe (siehe Kapitel 4.5 "Rehau Wärme-
pumpe GEO" / Technische Daten)
- Spezifische Entzugsleistung des Erdreichs
Die Verdampferleistung ergibt sich wie folgt:
.
Q
Wärmepumpe
Verdampferleistung =
Um das Auslegungsbeispiel aus dem Kapitel 10.2.1 wieder aufzugrei-
fen, wird für ein Berechnungsbeispiel die REHAU Wärmepumpe GEO 10
mit einer Heizleistung von 10 kW (B0/W35, EN 14511) herangezogen.
Berechnungsbeispiel
Heizleistung: 10 kW
Leistungszahl (COP): 4,1
10 kW · (4,1 - 1)
Verdampferleistung =
Dies ist die Leistung, die durch den Erdkollektor bzw. allgemein von der
Wärmequelle aus der Umwelt aufgenommen werden muss.
Die spezifische Entzugsleistung des Erdreichs hängt gemäß der nach-
folgenden Tabelle von der Jahresbetriebsdauer der Wärmepumpe und
der Beschaffenheit bzw. dem Aufbau des Erdreichs ab. Wird die Trink-
warmwassererwärmung mit der Wärmepumpe realisiert, ist die Jahres-
betriebsdauer höher als bei reinem Heizbetrieb.
Untergrund
Nichtbindiger Boden
Bindiger Boden, feucht
Wassergesättigter Boden
Quelle: VDI 4640
Die benötigt Kollektorfläche errechnet sich nun wie folgt:
Verdampferleistung
Kollektorfläche =
spezifische Entzugsleistung
112
· (COP - 1)
COP
= 7,6 kW
4,1
spezifische Entzugsleistung
bei 1800 h
bei 2400 h
10 W/m²
8 W/m²
20 - 30 W/m²
16 - 24 W/m²
40 W/m²
32 W/m²
Berechnungsbeispiel
Feuchter, bindiger Boden
Jahresbetriebsdauer Wärmepumpe: 2400 h
7600 W
Kollektorfläche =
20 W/m²
Die Auswahl der Rohrdimension hängt von der möglichen Entzugs-
leistung, die aus dem Erdreich erhalten werden soll, ab.
Je höher die Entzugsleistung, desto höher ist bei gegebener
Temperaturspreizung der erforderliche Volumenstrom und desto höher
die notwendige Rohrdimension. Eine Orientierung gibt die nachfolgende
Tabelle:
Bodenart
Nichtbindiger Boden
Bindiger Boden, feucht
Wassergesättigter Boden
Tab. 10-2 empfohlene Rohrdimensionierung
Der vom VDI 4640 empfohlene Verlegeabstand zwischen den Kollektor-
rohren beträgt 50-80 cm. Bei einem gewählten Verlegeabstand von
75 cm (0,75 m) und der Beziehung
Erdkollektorfläche
Rohrmenge =
Verlegeabstand
ergibt sich mit der dimensionierten Anlage folgende Rohrmenge
380 m²
Rohrmenge =
= 507 m
0,75 m
Ein Kollektorkreis sollte aus hydraulischen Gründen nicht länger als
100 m sein. Somit ergeben sich im Beispiel insgesamt 5 Kreise
zu je 100 m.
= 380 m²
Außendurchmesser x Wandstärke
20 x 1,9 mm
25 x 2,3 mm
32 x 2,9 mm
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