Sondenfeld und Bilanzgrad über 25 Jahre
Warum Erdwärmesondenfelder auskühlen – und was die Rückspeisung entscheidet
Ein Erdwärmesondenfeld ist kein Brunnen, sondern ein Speicher. Wird einem dichten Feld Jahr für Jahr deutlich mehr Wärme entzogen als zurückgeführt, sinkt die Fluidtemperatur über Jahrzehnte. Der Beitrag erläutert den Bilanzgrad und die Berechnung über Linienquellen und zeigt an einer Studie für ein Hotelresort an der Ostseeküste, dass die Rückspeisung über Betrieb oder Auskühlung entscheidet.
SCHLAGWÖRTER · Erdwärmesonden · Sondenfeld · Bilanzgrad · Regeneration · VDI 4640 · Langzeitsimulation
1Ausgangslage
Anlagen bis 30 kW werden nach Tabellenwerten ausgelegt, die VDI 4640 Blatt 2 auf 50 Betriebsjahre bezieht [1], [4]. In einem dichten Feld überlagern sich die Temperaturtrichter der Nachbarsonden; innen kühlt es stärker aus, von Jahr zu Jahr mehr. Größere Anlagen sind deshalb mit dem realen Lastgang zu simulieren.
2Bilanzgrad
Maßgebend ist das Verhältnis von zurückgeführter zu entzogener Wärme:
Qentz jährlicher Wärmeentzug · Qrück jährliche Rückspeisung aus Kühlung, Solarthermie, Abwärme oder Oberflächenwasser
Bei β nahe 1 arbeitet das Feld als saisonaler Speicher. Bei kleinem β driftet die Temperatur dichter Felder über Jahrzehnte ab. Nachrechnungen gemessener Schweizer Felder bestätigen das Modell; es überschätzt die Auskühlung eher [3].
3Berechnung
Jede Sonde wirkt als Linienquelle; zeitlich und räumlich superponiert gilt [5]. Die unendliche Linienquelle überschätzt die Auskühlung (sichere Seite); g-Funktionen bilden Endeffekte ab [2].
q′ Entzug je Meter · λ Wärmeleitfähigkeit · a = λ/(ρc) · Rb Bohrlochwiderstand · Tf mittlere Fluidtemperatur
4Beispiel Hotelresort
Ein Hotel mit ganzjähriger Grundlast soll dem Feld rd. 1 410 MWh/a entziehen; die Kühlung liefert nur rd. 18 % zurück. Kriterium: mittlere Fluidtemperatur ≥ −1,5 °C nach SIA 384/6 [6]; VDI 4640 Blatt 2 lässt die Grenze offen. Geringere Last (S4), ein kleineres Feld mit geringerer Last (S5) und kürzere Sonden (S6) verfehlen es bei β von 27 bis 50 %. Erst mit 95 % Rückspeisung aus Seewasser bleibt sie nach 25 Jahren bei rd. +1 °C.
| Fall | Sonden × Länge | Entzug | β | Tf,min |
|---|---|---|---|---|
| S1 | 80 × 150 m | 118 kWh/(m·a) | 18 % | −41 °C |
| S2 | 80 × 150 m | 118 kWh/(m·a) | 50 % | −23 °C |
| S3 | 80 × 150 m | 118 kWh/(m·a) | 95 % | rd. +1 °C |
| S4 | 80 × 150 m | 70 kWh/(m·a) | 30 % | −16 °C |
| S5 | 48 × 150 m | 69 kWh/(m·a) | 50 % | −6 °C |
| S6 | 80 × 100 m | 118 kWh/(m·a) | 27 % | −36 °C |
5Empfehlungen
- Bilanzgrad aus dem Lastgang bestimmen, bevor Sondenzahl und -länge feststehen; Rückspeisung eigens planen.
- Über die Nutzungsdauer simulieren, meist 50 Jahre; Grenztemperatur früh mit der Wasserbehörde abstimmen.
- λ und Rb vor der Dimensionierung durch einen Thermal Response Test [7] belegen.
- VDI 4640 Blatt 2:2019-06 Thermische Nutzung des Untergrunds – Erdgekoppelte Wärmepumpen
- Eskilson, P. (1987) Thermal Analysis of Heat Extraction Boreholes. Diss., Lund
- Pahud, D. (2015) Simulationen gemessener Erdwärmesondenfelder. Schlussbericht, BFE, Bern
- Schäfer, I. (2019) Auswirkung der neuen VDI 4640 Blatt 2 auf die Planung. 5. Willicher Praxistage, 06.11.2019
- Carslaw, H. S.; Jaeger, J. C. (1959) Conduction of Heat in Solids. 2nd ed., Oxford
- SIA 384/6:2021 Erdwärmesonden
- VDI 4640 Blatt 5:2020-07 Thermal Response Test
ZITIERVORSCHLAG: GeoStudys Consulting (2026): Sondenfeld und Bilanzgrad über 25 Jahre. GeoStudys Fachbeiträge, Heft 1, Beitrag 03. www.geostudys.com/fachbeitraege/sondenfeld-bilanzgrad.html