{"id":4062,"date":"2025-05-27T07:47:34","date_gmt":"2025-05-27T05:47:34","guid":{"rendered":"https:\/\/ghetool.eu\/?post_type=knowledgebase&#038;p=4062"},"modified":"2025-08-28T14:41:40","modified_gmt":"2025-08-28T12:41:40","slug":"unterschiedliche-flussigkeitseigenschaften","status":"publish","type":"knowledgebase","link":"https:\/\/ghetool.eu\/de_de\/wissensdatenbank\/unterschiedliche-flussigkeitseigenschaften\/","title":{"rendered":"H\u00f6here Genauigkeit von Simulationen mit variierenden Fl\u00fcssigkeitseigenschaften"},"content":{"rendered":"<p>In diesem Artikel wird ein Durchbruch bei der Genauigkeit geothermischer Simulationen vorgestellt, da sich die Fl\u00fcssigkeitseigenschaften im Laufe der Zeit \u00e4ndern k\u00f6nnen, was zu genaueren und realisierbaren geothermischen Bohrfeldern f\u00fchrt. Diese \u00c4nderungen sind nun die Standardeinstellung in GHEtool Cloud und f\u00fcr jeden verf\u00fcgbar.<\/p>\n<p><iframe title=\"H\u00f6here Genauigkeit von Simulationen mit variierenden Fl\u00fcssigkeitseigenschaften\" width=\"800\" height=\"450\" src=\"https:\/\/www.youtube.com\/embed\/Sf4ZExS6KRc?feature=oembed\" frameborder=\"0\" allow=\"accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture; web-share\" referrerpolicy=\"strict-origin-when-cross-origin\" allowfullscreen><\/iframe><\/p>\n<h2>Eine lange Geschichte in K\u00fcrze<\/h2>\n<p data-start=\"73\" data-end=\"396\">Um die wichtigsten \u00c4nderungen an der Software zu verstehen, m\u00fcssen wir eine ganze Reihe von Inhalten aus fr\u00fcheren Artikeln zusammenfassen. Im Folgenden werden wir einige der wichtigsten Ideen aus diesen Artikeln wiederholen, damit Sie der Geschichte folgen k\u00f6nnen, aber wir verweisen auf die Originalartikel, wenn Sie mehr Hintergrundinformationen w\u00fcnschen.<\/p>\n<h3>Thermischer Widerstand im Bohrloch<\/h3>\n<p>Der effektive thermische Widerstand des Bohrlochs (siehe den Artikel <a style=\"text-decoration: underline;\" href=\"https:\/\/ghetool.eu\/de_de\/wissensdatenbank\/thermischer-widerstand-des-bohrlochs\/\">hier<\/a>) beschreibt, wie leicht Energie von der Fl\u00fcssigkeit auf den Boden \u00fcbertragen werden kann. Wir haben bereits besprochen, dass dieser Widerstand aus verschiedenen Teilwiderst\u00e4nden besteht, die jeweils eine Grenze darstellen, die die Energie passieren muss, um den Boden zu erreichen. Dies ist in der folgenden Abbildung dargestellt.<\/p>\n<figure id=\"attachment_3956\" aria-describedby=\"caption-attachment-3956\" style=\"width: 2560px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img fetchpriority=\"high\" decoding=\"async\" class=\"wp-image-3956 size-full\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/03\/Resistance.png\" alt=\"Visuelle Darstellung der wichtigsten Elemente des effektiven thermischen Bohrlochwiderstands.\" width=\"2560\" height=\"1077\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/03\/Resistance.png 2560w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/03\/Resistance-300x126.png 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/03\/Resistance-1024x431.png 1024w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/03\/Resistance-768x323.png 768w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/03\/Resistance-1536x646.png 1536w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/03\/Resistance-2048x862.png 2048w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/03\/Resistance-18x8.png 18w\" sizes=\"(max-width: 2560px) 100vw, 2560px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-3956\" class=\"wp-caption-text\">Visuelle Darstellung der wichtigsten Elemente des effektiven thermischen Bohrlochwiderstands.<\/figcaption><\/figure>\n<p data-start=\"187\" data-end=\"551\">Obwohl (fast) alle diese Parameter vom Konstrukteur ge\u00e4ndert werden k\u00f6nnen, ist der W\u00e4rmewiderstand zwischen Fluid und Rohr in der Regel derjenige, dem die meiste Aufmerksamkeit gilt, da er von gro\u00dfer Bedeutung ist. Wie leicht das Fluid mit dem Rohr Energie austauscht, h\u00e4ngt vom Str\u00f6mungszustand (laminar, \u00dcbergangs- oder Turbulenzzustand) ab, der durch die Reynoldszahl beschrieben wird.<\/p>\n<h3>Reynoldszahl<\/h3>\n<p>Die Reynoldszahl ist eine dimensionslose Gr\u00f6\u00dfe, die das Str\u00f6mungsverhalten des Fluids angibt. (Falls Sie unseren Artikel zu diesem Thema noch nicht gelesen haben, finden Sie ihn hier <a style=\"text-decoration: underline;\" href=\"https:\/\/ghetool.eu\/de_de\/wissensdatenbank\/was-ist-die-reynoldszahl\/\">hier<\/a>). Die nachstehende Abbildung zeigt die verschiedenen Str\u00f6mungszust\u00e4nde, die von laminarer bis zu turbulenter Str\u00f6mung reichen.<\/p>\n<figure id=\"attachment_2472\" aria-describedby=\"caption-attachment-2472\" style=\"width: 823px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img decoding=\"async\" class=\"wp-image-2472 size-full\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2024\/11\/flow_regime.png\" alt=\"Unterschiedliche Abflussregime.\" width=\"823\" height=\"296\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2024\/11\/flow_regime.png 823w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2024\/11\/flow_regime-300x108.png 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2024\/11\/flow_regime-768x276.png 768w\" sizes=\"(max-width: 823px) 100vw, 823px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-2472\" class=\"wp-caption-text\">Unterschiedliche Abflussregime. (Quelle: https:\/\/www.comsol.de\/blogs\/which-turbulence-model-should-choose-cfd-application)<\/figcaption><\/figure>\n<p data-start=\"64\" data-end=\"543\">Wenn die Str\u00f6mungsgeschwindigkeit eher gering ist, bewegen sich die verschiedenen Fl\u00fcssigkeitsteilchen parallel zueinander in einem so genannten laminaren Str\u00f6mungszustand. Dies erschwert den W\u00e4rmeaustausch mit der Rohrbegrenzung, da die Fl\u00fcssigkeitsteilchen in der Mitte mehr oder weniger isoliert sind. Wenn die Str\u00f6mungsgeschwindigkeit zunimmt, geht die Fl\u00fcssigkeit in eine turbulente Str\u00f6mung \u00fcber, in der die Fl\u00fcssigkeitsteilchen st\u00e4ndig vermischt werden. Dies f\u00fchrt zu einer besseren W\u00e4rme\u00fcbertragung (auf Kosten eines h\u00f6heren Energieverbrauchs der Pumpe).<\/p>\n<p data-start=\"545\" data-end=\"826\" data-is-last-node=\"\" data-is-only-node=\"\">Der \u00dcbergang zwischen laminarer Str\u00f6mung und \u00dcbergangsstr\u00f6mung bzw. \u00dcbergangsstr\u00f6mung und turbulenter Str\u00f6mung wird durch die Reynolds-Zahl bestimmt, die nicht nur von der Str\u00f6mungsgeschwindigkeit, sondern auch von Fl\u00fcssigkeitseigenschaften wie Dichte und dynamischer Viskosit\u00e4t abh\u00e4ngt. Damit sind wir beim letzten Schritt der Geschichte angelangt.<\/p>\n<h3>Eigenschaften von Fl\u00fcssigkeiten<\/h3>\n<p data-start=\"49\" data-end=\"434\">Nicht alle Fl\u00fcssigkeiten verhalten sich gleich. Sie k\u00f6nnen sich vorstellen, dass es einfacher ist, Wasser durch ein System zu pumpen als Honig durch ein Rohr. Das hat mit der Viskosit\u00e4t der Fl\u00fcssigkeit zu tun: Je h\u00f6her die Viskosit\u00e4t, desto schwieriger ist es f\u00fcr die Fl\u00fcssigkeit, in eine turbulente Phase \u00fcberzugehen. Je viskoser die Fl\u00fcssigkeit ist, desto h\u00f6her ist die dynamische Viskosit\u00e4t und desto niedriger ist die Reynolds-Zahl.<\/p>\n<p data-start=\"436\" data-end=\"628\" data-is-last-node=\"\" data-is-only-node=\"\">Der springende Punkt ist, dass diese Fl\u00fcssigkeitseigenschaften nicht konstant sind - sie h\u00e4ngen von der Temperatur der Fl\u00fcssigkeit ab. Dies wird in der folgenden Abbildung f\u00fcr zwei Wasser-Glykol-Gemische von 20% und 30% MPG gezeigt.<\/p>\n<figure id=\"attachment_4064\" aria-describedby=\"caption-attachment-4064\" style=\"width: 2560px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img decoding=\"async\" class=\"wp-image-4064 size-full\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/Reynolds-number-at-different-temperatures-scaled.png\" alt=\"Reynoldszahl f\u00fcr verschiedene Fl\u00fcssigkeitseigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen.\" width=\"2560\" height=\"1435\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/Reynolds-number-at-different-temperatures-scaled.png 2560w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/Reynolds-number-at-different-temperatures-300x168.png 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/Reynolds-number-at-different-temperatures-1024x574.png 1024w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/Reynolds-number-at-different-temperatures-768x431.png 768w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/Reynolds-number-at-different-temperatures-1536x861.png 1536w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/Reynolds-number-at-different-temperatures-2048x1148.png 2048w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/Reynolds-number-at-different-temperatures-18x10.png 18w\" sizes=\"(max-width: 2560px) 100vw, 2560px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-4064\" class=\"wp-caption-text\">Reynoldszahl f\u00fcr verschiedene Fl\u00fcssigkeitseigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen.<\/figcaption><\/figure>\n<p data-start=\"49\" data-end=\"395\">Je k\u00e4lter die Fl\u00fcssigkeit wird, desto schwieriger ist es, sie in einen turbulenten Zustand zu bringen. Die obige Abbildung zeigt, dass Sie bei einem Wasser-Glykol-Gemisch (30%) mit einer Temperatur von etwa 0 \u00b0C weit vom turbulenten Bereich entfernt sind, w\u00e4hrend sich die Reynolds-Zahl bei einer Temperatur von 15 \u00b0C fast verdoppelt, wodurch Sie dem vorteilhaften instation\u00e4ren Str\u00f6mungsbereich viel n\u00e4her kommen.<\/p>\n<p data-start=\"397\" data-end=\"585\" data-is-last-node=\"\" data-is-only-node=\"\">Diese Temperaturabh\u00e4ngigkeit der Fluideigenschaften und ihre Auswirkungen auf die Reynoldszahl sind f\u00fcr das Verst\u00e4ndnis des Verhaltens geothermischer Systeme von wesentlicher Bedeutung und wurden jahrzehntelang \u00fcbersehen.<\/p>\n<h2>Ein kleines St\u00fcck Geschichte<\/h2>\n<p data-start=\"49\" data-end=\"517\">In der Vergangenheit wurden geothermische Bohrungen als stabile und relativ hohe Temperaturquelle f\u00fcr Erdw\u00e4rmepumpen erfunden. Die einzige Temperatur, die in diesem Fall von Bedeutung ist, ist die (langfristige) durchschnittliche Mindesttemperatur des Fluids. Da die Erdw\u00e4rmesonden immer f\u00fcr diese minimale Durchschnittstemperatur des Fluids ausgelegt waren, wurden die Eigenschaften des Fluids einfach f\u00fcr diesen ung\u00fcnstigsten Fall (oder sogar f\u00fcr einen noch niedrigeren, n\u00e4mlich den Gefrierpunkt des Wasser-Frostschutzmittels) berechnet.<\/p>\n<p data-start=\"519\" data-end=\"1058\" data-is-last-node=\"\" data-is-only-node=\"\">Erst in j\u00fcngster Zeit werden immer mehr Bohrfelder auch zur K\u00fchlung genutzt, wodurch sich der Bereich der m\u00f6glichen Fl\u00fcssigkeitstemperaturen vergr\u00f6\u00dfert. Wie die obige Grafik zeigt, unterscheiden sich die Eigenschaften des Fluids bei der W\u00e4rmeentnahme aus dem Bohrloch (z. B. bei etwa 0 \u00b0C) erheblich von denen bei der W\u00e4rmeeinleitung in den Boden w\u00e4hrend der K\u00fchlung (etwa 15 \u00b0C). Wird f\u00fcr Heizung und K\u00fchlung derselbe thermische Bohrlochwiderstand verwendet, wird der W\u00e4rmeaustausch bei der K\u00fchlung untersch\u00e4tzt, was manchmal zu \u00fcberdimensionierten oder scheinbar undurchf\u00fchrbaren Systemen f\u00fchrt.<\/p>\n<h2>Ein Sprung in der Genauigkeit<\/h2>\n<p data-start=\"107\" data-end=\"699\">Mit GHEtool haben wir ab heute mit dieser jahrzehntealten Annahme gebrochen. Von nun an werden alle Ihre geothermischen Simulationen standardm\u00e4\u00dfig die Temperaturabh\u00e4ngigkeit der Fluideigenschaften ber\u00fccksichtigen. Jeden Monat, sowohl beim Heizen als auch beim K\u00fchlen - bei Bedarf sogar st\u00fcndlich - berechnen wir den effektiven W\u00e4rmewiderstand des Bohrlochs f\u00fcr die jeweilige Temperatur neu, damit Sie m\u00f6glichst genaue Ergebnisse erhalten. Das bedeutet auch, dass Sie von nun an f\u00fcr jede Simulation zwei Reynolds-Zahlen (sowohl f\u00fcr die W\u00e4rmezufuhr als auch f\u00fcr die W\u00e4rmeabfuhr) und zwei W\u00e4rmewiderst\u00e4nde haben werden.<\/p>\n<p data-start=\"701\" data-end=\"1009\">Diese wichtige \u00c4nderung bringt zwei praktische Vorteile mit sich: Sie verringert das Risiko einer \u00dcberdimensionierung, wenn ein Bohrloch in erster Linie zur K\u00fchlung (d. h. zur W\u00e4rmeeinspeisung) ausgelegt ist, und sie verringert die Wahrscheinlichkeit, dass bei der Berechnung der erforderlichen Bohrlochtiefe ein Gradientenfehler auftritt. Beides wird weiter unten erl\u00e4utert.<\/p>\n<blockquote><p><span style=\"color: #ff9900;\"><strong>!Vorsicht<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #ff9900;\">Wenn Sie diese neue, genauere Simulationsmethode verwenden, kann es schwierig sein, Ihre aktuellen Simulationen mit denen zu vergleichen, die zuvor (oder mit anderer Software) durchgef\u00fchrt wurden. Wenn Sie ein Szenario zu Vergleichszwecken simulieren m\u00f6chten, k\u00f6nnen Sie die Option \u2018Temperaturabh\u00e4ngige Fl\u00fcssigkeitseigenschaften\u2019 auf \u2018Nein\u2019 setzen.<\/span><\/p><\/blockquote>\n<h3>\u00dcberdimensionierung f\u00fcr die K\u00fchlung vermeiden<\/h3>\n<p>Nachfolgend ist ein Projekt dargestellt, das unter der traditionellen Annahme eines einzigen effektiven thermischen Widerstands des Bohrlochs im ung\u00fcnstigsten Fall simuliert wurde. Die Reynoldszahl betrug 2043, was einen Widerstand von 0,2265 mK\/W ergibt (einzelnes U-Rohr mit 30% MPG). Das Temperaturprofil ist unten dargestellt.<\/p>\n<figure id=\"attachment_4065\" aria-describedby=\"caption-attachment-4065\" style=\"width: 669px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"wp-image-4065 size-full\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/Temperature-profile-constant-fluid-properties.png\" alt=\"Temperaturprofil bei konstanten Fl\u00fcssigkeitseigenschaften.\" width=\"669\" height=\"359\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/Temperature-profile-constant-fluid-properties.png 669w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/Temperature-profile-constant-fluid-properties-300x161.png 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/Temperature-profile-constant-fluid-properties-18x10.png 18w\" sizes=\"(max-width: 669px) 100vw, 669px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-4065\" class=\"wp-caption-text\">Temperaturprofil bei konstanten Fl\u00fcssigkeitseigenschaften.<\/figcaption><\/figure>\n<p>Auf der Grundlage dieses Ergebnisses h\u00e4tten Sie in der Vergangenheit vorgeschlagen, ein weiteres Bohrloch zu bohren, damit die Fl\u00fcssigkeitstemperatur unter dem Grenzwert von 17 \u00b0C bleibt. Aufgrund der variierenden Fl\u00fcssigkeitseigenschaften ergibt sich nun jedoch das unten dargestellte Temperaturprofil.<\/p>\n<figure id=\"attachment_4066\" aria-describedby=\"caption-attachment-4066\" style=\"width: 669px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"wp-image-4066 size-full\" src=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/Temperature-profile-varying-fluid-properties.png\" alt=\"Temperaturprofil f\u00fcr unterschiedliche Fl\u00fcssigkeitseigenschaften.\" width=\"669\" height=\"359\" srcset=\"https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/Temperature-profile-varying-fluid-properties.png 669w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/Temperature-profile-varying-fluid-properties-300x161.png 300w, https:\/\/ghetool.eu\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/Temperature-profile-varying-fluid-properties-18x10.png 18w\" sizes=\"(max-width: 669px) 100vw, 669px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-4066\" class=\"wp-caption-text\">Temperaturprofil f\u00fcr unterschiedliche Fl\u00fcssigkeitseigenschaften.<\/figcaption><\/figure>\n<p>Da unsere Reynolds-Zahl w\u00e4hrend der Injektion 4214 betr\u00e4gt, also turbulent ist, betr\u00e4gt unser effektiver thermischer Widerstand im Bohrloch w\u00e4hrend der K\u00fchlung 0,1305 mK\/W. Dadurch sinkt die Spitzentemperatur der Fl\u00fcssigkeit w\u00e4hrend der Abk\u00fchlung, was zu einer praktikablen L\u00f6sung f\u00fchrt.<\/p>\n<blockquote><p><span style=\"color: #3366ff;\"><strong>!Hinweis<\/strong><\/span><br \/>\n<span style=\"color: #3366ff;\">Dieses neue Modell ist zwar immer vorteilhaft f\u00fcr Ihren K\u00fchlbedarf, f\u00fchrt aber nicht immer zu einem so gro\u00dfen Unterschied wie oben gezeigt. Wenn Ihr Fl\u00fcssigkeitsregime sowohl beim Heizen als auch beim K\u00fchlen laminar bleibt, wird der Unterschied beispielsweise geringer sein.<\/span><\/p><\/blockquote>\n<h3>Weniger h\u00e4ufige Neigungsfehler<\/h3>\n<p>Wie in einem fr\u00fcheren Artikel beschrieben (den Sie hier finden <a style=\"text-decoration: underline;\" href=\"https:\/\/ghetool.eu\/de_de\/wissensdatenbank\/gradientenfehler\/\">hier<\/a>), kann bei der Berechnung der erforderlichen Bohrlochtiefe manchmal ein Fehler auftreten. Dies war darauf zur\u00fcckzuf\u00fchren, dass die Bodentemperatur mit der Tiefe zunimmt, was zu Problemen bei der passiven K\u00fchlung f\u00fchrte. Mit dieser Aktualisierung wird der W\u00e4rme\u00fcbergang w\u00e4hrend der K\u00fchlung nun viel genauer berechnet, was zu niedrigeren Spitzenfl\u00fcssigkeitstemperaturen f\u00fchrt. Dies wirkt dem Effekt der zunehmenden Bodentemperatur entgegen, was zu weniger Gradientenfehlern und besser realisierbaren Systemauslegungen f\u00fchrt.<\/p>\n<h2>Fazit<\/h2>\n<p data-start=\"703\" data-end=\"1140\">In diesem Artikel wird ein gro\u00dfer Fortschritt bei der Genauigkeit von Erdw\u00e4rmesimulationen beschrieben. Durch die Ber\u00fccksichtigung der Temperaturabh\u00e4ngigkeit der Fl\u00fcssigkeitseigenschaften \u00fcber die Zeit k\u00f6nnen wir nun den effektiven thermischen Bohrlochwiderstand in jedem Zeitschritt berechnen - sowohl bei der W\u00e4rmeentnahme als auch bei der Injektion. Infolgedessen sind die Simulationen wesentlich genauer, die Wahrscheinlichkeit, dass Systeme realisierbar sind, steigt, und das Auftreten von Gradientenfehlern wird reduziert.<\/p>\n<p data-start=\"1142\" data-end=\"1248\" data-is-last-node=\"\" data-is-only-node=\"\">Wir hoffen, dass Sie diese Innovation annehmen und mit GHEtool Cloud weiterhin zuverl\u00e4ssig Bohrfelder entwerfen.<\/p>\n<h2 id=\"reference\">Literaturverzeichnis<\/h2>\n<ul>\n<li>Sehen Sie sich unsere Videoerkl\u00e4rung auf unserer YouTube-Seite an, indem Sie klicken <span style=\"text-decoration: underline;\"><a href=\"https:\/\/youtu.be\/Sf4ZExS6KRc\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">hier<\/a>.<\/span><\/li>\n<\/ul>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>In diesem Artikel wird ein Durchbruch bei der Genauigkeit geothermischer Simulationen vorgestellt, da sich die Fl\u00fcssigkeitseigenschaften im Laufe der Zeit \u00e4ndern k\u00f6nnen, was zu genaueren und realisierbaren geothermischen Bohrfeldern f\u00fchrt. 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