Thermische Interferenzen zwischen geothermischen Systemen sind ein oft übersehenes, aber sehr wichtiges Element der Planung. In diesem Artikel stellen wir eine wichtige Aktualisierung unseres Interferenzmoduls vor, so dass Sie jetzt die Interferenz für jedes erdenkliche geothermische Projekt berechnen können.
!Hinweis
Dieser Artikel baut auf den Konzepten auf, die in unserem ursprünglichen Video über das Problem der geothermischen Störungen erläutert wurden. Sie können diesen Artikel lesen hier.
Thermische Störungen
Erdwärmebohrungen (oder Bohrfelder, wenn die Bohrungen miteinander verbunden sind) wirken wie ein Erdwärmetauscher, der Energie aus dem Boden speichert und entnimmt. Solange die in den Boden eingespeiste Energie gleich der aus dem Boden entnommenen Energiemenge ist, kann das System ewig gut funktionieren. Wenn die beiden jedoch nicht im Gleichgewicht sind, führt das Ungleichgewicht zu einer langfristigen Veränderung der Bodentemperatur.
Diese Temperaturdrift endet nicht am Rande Ihres Projekts, sondern setzt sich weit über Ihre Projektgrenzen hinaus fort und hinterlässt einen kreisförmigen Einfluss auf die Bodentemperatur, wie in der Abbildung unten dargestellt.
Hier haben alle Bohrlöcher ein gewisses Ungleichgewicht, das die Bodentemperatur in ihrer Umgebung beeinflusst. Das Problem ist, dass all diese Störungen kumulativ sind, d.h. wenn Sie ein Bohrloch am Standort des roten Punktes auslegen, haben Sie nicht nur eine Bodentemperatur, die langfristig um 1°C niedriger ist als normal, weil Ihr orangefarbener Nachbar vorhanden ist, sondern auch 0,5°C vom blauen und rosa System. Am Ende beträgt die kumulative Temperaturabweichung -2°C, d. h. wenn Sie mit 0°C planen, werden Sie am Ende -2°C haben.
Interferenzen zwischen Bohrlöchern
Um die Interferenz zwischen verschiedenen Bohrlöchern zu berechnen, kann man sie entweder als unendliche Linie oder als endliche Linie annehmen. (Für weitere Informationen lesen Sie bitte unsere vorheriger Artikel zu diesem Thema).
- Quelle für unendliche Zeilen
Wenn man davon ausgeht, dass jedes Bohrloch eine unendliche Linie ist, reduziert sich das Problem auf ein einfaches zweidimensionales Wärmeübertragungsproblem, bei dem der Einflussbereich tatsächlich ein kreisförmiges Gefälle ist, das mit der Entfernung vom emittierenden Bohrloch abnimmt. Dieses Modell ist recht genau, wenn die Bohrlöcher relativ lang und weit voneinander entfernt sind. Ist dies nicht der Fall, ist es besser, sie als endlich anzunehmen. - Endliche Linienquelle
Wenn man davon ausgeht, dass die Bohrlöcher endlich lang sind, ist das Problem nun dreidimensional und berücksichtigt die tatsächliche Länge der Bohrlöcher. Dies kann zu einer erheblichen Erhöhung der Genauigkeit führen, insbesondere wenn Bohrungen mit unterschiedlichen Längen nebeneinander angeordnet sind.
Dies gilt natürlich nur für Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Bohrlöchern. Bei der Berechnung der Interferenz zwischen Bohrfeldern sieht die Sache etwas anders aus.
Interferenzen zwischen Bohrfeldern
Wenn Sie mehrere Bohrungen in einem Feld verbunden haben, können Sie diese als eine einzige virtuelle Bohrung modellieren, die sich im geometrischen Zentrum Ihres Bohrfeldes befindet. Laut Literatur gilt diese Annahme für bis zu 6 Bohrlöcher (GroenHolland, 2020). Aus diesem Grund haben wir in unserer ersten Version dieser Methode im 3. Quartal 2025 Bohrfelder mit bis zu 6 Bohrungen zugelassen.
Das Problem besteht nun darin, dass immer mehr Projekte kollektiv durchgeführt werden, was zu Bohrfeldern mit mehr als 6 Bohrungen führt. Stellen Sie sich vor, Sie haben ein neues Wohnbauprojekt, das aus drei verschiedenen Wohngebäuden besteht, von denen jedes über ein eigenes kollektives Bohrloch verfügt. Ihr Gesamtprojekt sieht dann etwa so aus wie in der folgenden Abbildung.
In diesem Fall liegen die Bohrlöcher recht nahe beieinander, so dass sie sich gegenseitig stark beeinflussen. Aber wie berechnet man das?
Gleicher Energieaustausch
Ein erster Gedanke könnte sein, das Gesamtungleichgewicht des Systems auf alle verschiedenen Bohrlöcher aufzuteilen. Auf diese Weise wissen wir, wie groß der Einfluss jedes einzelnen Bohrlochs ist, und wir können einfach mit der Methode der Bohrloch-zu-Bohrloch-Interferenz von früher arbeiten. Deshalb haben wir in GHEtool ein genaueres Modell entwickelt, um diesen Effekt zu modellieren.
Verschiedene Bohrlochbeiträge
Wie Sie sich erinnern, wird das langfristige Verhalten von Bohrfeldern durch die g-Funktionen bestimmt (weitere Informationen finden Sie hier), die sowohl die Interaktion des Bohrlochfeldes mit dem umgebenden Boden als auch die Interaktion zwischen den verschiedenen Bohrlöchern des Feldes umfassen. Vereinfacht ausgedrückt ist das thermische Gesamtverhalten Ihres Bohrlochfeldes eine Kombination aus den Beiträgen der einzelnen Bohrlöcher innerhalb des Feldes. Dies wird in der nachstehenden Abbildung veranschaulicht.
Hier sieht man, dass die äusseren Bohrungen einen grösseren Einfluss auf das Langzeitverhalten des Bohrlochs haben als die inneren und somit auch einen grösseren Teil des Ungleichgewichts des Bohrlochs tragen. Dies liegt daran, dass die Bohrungen in der Mitte durch ihre Nachbarn “isoliert” sind und daher nur schwer Wärme mit dem umgebenden Erdreich austauschen können.
Zur Berechnung der Wechselwirkung zwischen Bohrloch und Bohrlochfeld wird daher ein neuer vierstufiger Ansatz verwendet:
- Berechnen Sie die g-Funktion eines jeden Bohrlochs. (Dieser Schritt ist bei jeder Bohrlochsimulation identisch).
- Berechnen Sie den Beitrag der einzelnen Bohrlöcher zur kollektiven g-Funktion.
- Verteilen Sie das Ungleichgewicht auf die verschiedenen Bohrlöcher, gewichtet nach den einzelnen Beiträgen.
- Berechnen Sie die Interferenz zwischen den Bohrlöchern, basierend auf der gewichteten Summe aller Bohrloch-zu-Bohrloch-Interaktionen.
!Vorsicht
Dies verdeutlicht auch, warum es keine gute Idee ist, das Ungleichgewicht gleichmäßig auf alle Bohrlöcher zu verteilen, da man den Beitrag der inneren Bohrlöcher überschätzt und den der äußeren unterschätzt. Da die äußeren Bohrungen näher an den Nachbarsystemen liegen, kann die Annahme einer Gleichverteilung des Ungleichgewichts zu einer erheblichen Unterschätzung der Störung führen.
Interferenz mit GHEtool Cloud
Um diese neue Funktion in GHEtool Cloud zu nutzen, gibt es zwei verschiedene Möglichkeiten. Entweder Sie führen einfach eine Interferenzberechnung durch und laden Ihre Systeme mit Hilfe der Vorlagedatei, oder Sie können ein bestimmtes Szenario verknüpfen. Wenn Sie letzteres tun, werden alle Szenarioeinstellungen sowie Ihr spezielles Bohrlochdesign (einschließlich geneigter Bohrlöcher) bei der Interferenzberechnung berücksichtigt. Wenn Sie also Ihr Szenario aktualisieren, wird auch Ihre Interferenzberechnung aktualisiert.
!Hinweis
Wenn Sie diese neue Funktion in GHEtool zum ersten Mal verwenden, ist es möglich, dass Sie einen Fehler wegen überlappender Bohrlöcher erhalten. Sie müssen sicherstellen, dass Sie mit einem benutzerdefinierten Bohrlochfeld arbeiten, bei dem die Koordinaten an ihren tatsächlichen Positionen liegen. Standardmäßig beginnen alle Bohrfelder in GHEtool bei (0,0), was zu überlappenden Bohrlöchern führt, wenn nichts geändert wird.!Hinweis
Um Ihnen das Leben leichter zu machen, haben wir eine Funktion implementiert, mit der Sie Ihr Bohrlochfeld als Ganzes verschieben und drehen können, so dass Sie nicht die Koordinaten jedes Bohrlochs einzeln ändern müssen.
Optionen für die Interferenzberechnung
Wie zuvor haben Sie die Möglichkeit, entweder mit dem Modell der endlichen Linienquelle für die Interferenz oder mit der unendlichen Linienquelle zu arbeiten. Die erste Variante ist die genauere Lösung, während die zweite konservativer ist.
Neben dem Modell für die Interferenz haben Sie auch die Möglichkeit, entweder mit den allgemeinen Definitionen für Interferenz zu arbeiten oder die spezifischen Definitionen für die Gesetzgebung in den Niederlanden zu verwenden. Obwohl die Ergebnisse die gleichen sind, verwendet die allgemeine Methode die Terminologie SCOP (Heizung und Warmwasser) und SEER (Kühlung), während die niederländische Methode stattdessen den SPF für Kühlung und den SPF des gesamten Systems verwendet.
Kompatibilität mit WKOtool
Für unsere Nutzer in den Niederlanden ist die Verbindung zum WKOtool.nl wurde aktualisiert und erweitert, um mit dieser neuen Funktion zu arbeiten. Daher werden nun auch Anlagen mit mehr als 6 Bohrlöchern (oder Anlagen >70 kW) in das Tool importiert, sofern die Informationen verfügbar sind. Auf diese Weise können Sie Ihr(e) Bohrloch(e) ganz einfach in verschiedenen Szenarien entwerfen und die Interferenzen zwischen allen neuen Projekten und den bestehenden in Sekundenschnelle berechnen.
!Vorsicht
Bitte beachten Sie, dass es bei der Dateneingabe des WKOtools zu Fehlern kommen kann. Wir haben versucht, einige davon automatisch zu beheben, indem wir z.B. die Bohrlochtiefe und -länge geändert haben, wenn sie verwechselt wurden, aber andere Fehler können trotzdem bleiben. Bitte überprüfen Sie diese immer wieder und nehmen Sie gegebenenfalls Änderungen vor.
Fazit
In diesem Artikel wurde die wichtigste Aktualisierung des Interferenzmoduls vorgestellt. Es ist nun möglich, die Interferenz zwischen einer unbegrenzten Anzahl von Systemen und einer unbegrenzten Anzahl von Bohrungen pro System zu berechnen. Durch die einfache Verknüpfung anderer Szenarien mit der Interferenzberechnung werden alle Einstellungen und Planungen automatisch berücksichtigt, wodurch Sie viel Zeit sparen und gleichzeitig die Genauigkeit Ihrer Planung verbessern!
Literaturverzeichnis
- Sehen Sie sich unsere Videoerklärung auf unserer YouTube-Seite an, indem Sie klicken hier.
- GroenHolland. (2020). ITGBES - InterferentieTool Gesloten BodemenergieSystemen. https://www.sikb.nl/doc/GHNL_180760_Aanvullende_rapportage_2020.pdf [zuletzt besucht: 15-03-2026]
- Die Methode, die hinter dieser Umsetzung steht, wurde mit Hilfe von Massimo Cimmino entwickelt und wird Ende des Jahres auf dem Geothermiekongress in Potsdam vorgestellt.