Die hydraulische Auslegung Ihres Bohrlochs - insbesondere die Entscheidung, ob Sie Ihre Bohrlöcher in Reihe, parallel oder in einer Kombination aus beidem anordnen - kann die insgesamt erforderlichen Bohrlochzähler erheblich beeinflussen. In diesem Artikel erfahren Sie, wie Sie die verschiedenen hydraulischen Entwurfsoptionen in GHEtool Cloud definieren.
Wesentliche Konzepte
Die hydraulischen Entscheidungen, die Sie als Planer treffen, wirken sich direkt auf die insgesamt erforderlichen Bohrlochmeter aus. Die Entscheidung, ob ein einfaches oder doppeltes U-Rohr verwendet wird (interne Bohrlochhydraulik) oder wie die Bohrlöcher in Reihe oder parallel geschaltet werden (externe Bohrlochhydraulik), wirkt sich auf das Strömungsregime durch das Bohrlochfeld aus. Dies wirkt sich wiederum auf die Gesamtauslegung aus, wie in den vorangegangenen Artikeln beschrieben.
!Hinweis
Wenn Sie unseren Artikel über die Reynolds-Zahlen und den Unterschied zwischen laminarer und turbulenter Strömung noch nicht gelesen haben, empfehlen wir Ihnen, ihn zuerst zu lesen. Dieses Wissen wird Ihr Verständnis für die vorgestellten Konzepte verbessern hier.
Durchflussrate in GHEtool Cloud festlegen
In GHEtool Cloud muss nur ein Parameter für die hydraulische Auslegung eingegeben werden - die Durchflussmenge pro Bohrloch. Dieser Parameter ist auf der Registerkarte ‘Bohrlochwiderstand’ > ‘Fluiddaten’ zu finden.
!Vorsicht
Sie müssen die Durchflussmenge pro Bohrloch eingeben, nicht pro Rohr oder Wärmetauscher. GHEtool berechnet automatisch Schlüsselinformationen wie Druckabfall, Reynolds-Zahl, Flüssigkeitszustand und thermischen Widerstand des Bohrlochs auf der Grundlage dieser Eingabe. Aus Gründen der Übersichtlichkeit zeigen die Abbildungen in GHEtool die resultierende Durchflussrate pro Rohr an, aber Sie sollten immer die Durchflussrate für das gesamte Bohrloch eingeben.Bleiben Sie dran
Die Berechnung des Druckabfalls verdient einen eigenen Artikel. Die nachstehenden Erläuterungen zum Druckabfall sind daher eher kurz gehalten. Derzeit arbeiten wir daran, die Methoden zur Berechnung des Druckabfalls mit GHEtool Cloud zu erweitern, und sobald dies abgeschlossen ist, wird ein umfassender Artikel zu diesem Thema veröffentlicht werden.
Zwei Ansätze für hydraulische Design
Für die hydraulische Bemessung eines Bohrlochs gibt es zwei allgemeine Ansätze:
- Top-down-Ansatz: Beginnen Sie mit der Gesamtdurchflussmenge des Systems und berechnen Sie die daraus resultierende Durchflussmenge durch jedes Bohrloch.
- Bottom-up-Ansatz: Definieren Sie die erforderliche Durchflussmenge durch jedes Bohrloch und berechnen Sie die Gesamtdurchflussmenge des Systems.
Obwohl sich diese Ansätze in ihren Ausgangspunkten unterscheiden, bleibt die Entwurfslogik dieselbe.
!Hinweis
1TP5Die Auslegung allein auf der Grundlage der Durchflussmenge kann irreführend sein. Die Pumpe des Systems muss in der Lage sein, den Druckabfall des gesamten Bohrlochs zu bewältigen. Bei größeren Systemen ist es wichtig, den gesamten Druckabfall zu berechnen und sicherzustellen, dass die Pumpe geeignet ist. Bei kleineren Wohnprojekten, bei denen die interne Pumpe der Wärmepumpe den Druck steuert, sollten Sie sich beim Hersteller vergewissern, dass die Pumpe diese Anforderungen erfüllen kann.
Verschiedene hydraulische Designs
Es gibt vier primäre hydraulische Entwurfsarchetypen sowie einen kombinierten Fall, der als Modell für komplexere Systeme dienen kann. Diese Archetypen basieren auf den folgenden Kombinationen:
- Interne Bohrlochgestaltung: Einfaches U-Rohr oder doppeltes U-Rohr
- Externe Bohrlochgestaltung: Parallel- oder Reihenschaltung
Einfaches U-Rohr - Parallel
Bei diesem Aufbau sind die Bohrlöcher parallel geschaltet, und der Gesamtdurchfluss des Systems wird zu gleichen Teilen aufgeteilt über die Bohrlöcher verteilt. Wenn der Systemdurchfluss beispielsweise 1 l/s beträgt und es 3 Bohrlöcher gibt, erhält jedes Bohrloch 0,33 l/s. Dies ist die Durchflussrate, die Sie in GHEtool Cloud eingeben.
!Hinweis
Bei parallelen Systemen ist der Druckabfall über alle Bohrlöcher gleich. Wenn ein Bohrloch einen Druckabfall von 20 kPa erfährt, beträgt der kombinierte Druckabfall für alle Bohrlöcher ebenfalls 20 kPa. Zusätzlicher Druckabfall in horizontalen Rohrleitungen muss berücksichtigt werden.
Einzel-U-Rohr - Serie
Hier sind die Bohrungen in Reihe geschaltet, d.h. der gesamte Systemdurchfluss fließt nacheinander durch jede Bohrung. Wenn der Systemdurchfluss 1 l/s beträgt, fließt derselbe Durchfluss durch jedes Bohrloch.
!Hinweis
Bei Reihenschaltungen addieren Sie den Druckabfall der einzelnen Bohrungen. Wenn beispielsweise ein Bohrloch einen Druckabfall von 20 kPa verursacht, würden drei in Reihe geschaltete Bohrlöcher zu einem Gesamtdruckabfall von mindestens 60 kPa führen, wobei der Druckabfall in horizontalen Rohrleitungen nicht berücksichtigt wird.
Doppel-U-Rohr - Parallel
Wenn Bohrlöcher mit Doppel-U-Rohren parallel geschaltet werden, wird der Durchfluss sowohl extern als auch intern aufgeteilt. Der Systemdurchfluss wird gleichmäßig auf die Bohrlöcher aufgeteilt, und der Durchfluss in jedem Bohrloch wird weiter auf die beiden U-Rohre aufgeteilt. Bei einem Systemdurchfluss von 1 l/s mit 3 Bohrlöchern erhält jedes Bohrloch 0,33 l/s, und jedes U-Rohr innerhalb eines Bohrlochs erhält 0,165 l/s.
Doppel-U-Rohr - Serie
Bei einer Doppel-U-Rohr-Serienkonfiguration sind die U-Rohre intern nicht miteinander verbunden. Stattdessen arbeitet jedes U-Rohr in einem Bohrloch als unabhängiger Pfad. Der Durchfluss bewegt sich durch jedes U-Rohr im Bohrloch, wodurch effektiv zwei parallele Durchflusswege pro Bohrloch entstehen. Die Systemdurchflussrate von 1 l/s wird auf zwei parallele U-Rohr-Pfade in jedem Bohrloch aufgeteilt, so dass jedes Rohr 0,5 l/s erhält.
Kombiniert
Bei vielen großen Bohrfeldern wird eine kombinierte Konstruktion verwendet, um die Anforderungen an Druckverlust und Durchflussmenge auszugleichen. Ein System mit 6 Bohrlöchern kann beispielsweise in zwei Gruppen von drei in Reihe geschalteten Bohrlöchern zusammengefasst werden. Diese beiden Gruppen werden dann parallel geschaltet.
Um dieses System zu analysieren, beginnen Sie auf der Ebene der Bohrlöcher. Jedes Bohrloch in einer Seriengruppe erhält den Gesamtdurchfluss der Gruppe. Wenn jedes Bohrloch in der Anlage einen Durchfluss von 0,5 l/s benötigt und jede Reihengruppe drei Bohrlöcher enthält, dann beträgt der Gesamtdurchfluss der Gruppe 0,5 l/s. Da die beiden Gruppen parallel geschaltet sind, beträgt die Gesamtdurchflussmenge der Anlage 1 l/s (0,5 l/s pro Gruppe × 2 Gruppen).
!Hinweis
Der Gesamtdruckverlust für das kombinierte System wird berechnet, indem die Druckverluste der Bohrlöcher in jeder Reihengruppe addiert werden. Da die Gruppen parallel geschaltet sind, erhöht sich dieser kombinierte Druckabfall durch die Parallelschaltung nicht. Es ist jedoch darauf zu achten, dass horizontale Rohrleitungen und Eckverluste (so genannte ‘lokale Verluste’) berücksichtigt werden.
Fazit
Die Wahl des richtigen hydraulischen Designs für Ihr Bohrloch kann die erforderliche Gesamtlänge des Bohrlochs und die Effizienz des Gesamtsystems erheblich beeinflussen. Wenn Sie die Auswirkungen von parallelen und seriellen Verbindungen und die Unterschiede zwischen Einzel- und Doppel-U-Rohr-Designs verstehen, können Sie fundiertere Entscheidungen treffen. GHEtool Cloud vereinfacht diesen Prozess, indem es Ihnen die Eingabe einer einzigen Durchflussmenge pro Bohrloch ermöglicht und automatische Berechnungen für Druckabfall, Reynolds-Zahl und thermischen Widerstand des Bohrlochs durchführt.
Literaturverzeichnis
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