{"id":18837,"date":"2022-11-18T07:30:01","date_gmt":"2022-11-18T07:30:01","guid":{"rendered":"https:\/\/www.mup-group.com\/?p=16951"},"modified":"2022-11-18T07:30:01","modified_gmt":"2022-11-18T07:30:01","slug":"thermohydrodynamische-untergrundmodelle-als-planungsgrundlage-zur-erstellung-von-geothermieanlagen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.mup-water.com\/en\/thermohydrodynamische-untergrundmodelle-als-planungsgrundlage-zur-erstellung-von-geothermieanlagen\/","title":{"rendered":"Thermohydrodynamic subsurface models as a planning basis for the construction of geothermal plants<\/strong>"},"content":{"rendered":"\t\t
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Die Geothermie als Erneuerbare Energie bietet zunehmend die M\u00f6glichkeit die Energieversorgung\/Geb\u00e4udeklimatisierung von Wohn- und Nichtwohngeb\u00e4uden nicht nur \u00f6kologisch nachhaltig, sondern auch wirtschaftlich betreiben zu k\u00f6nnen. Bei der oberfl\u00e4chennahen Geothermie bis in Tiefen von etwa 100 bis 200 m wird sich die Erdw\u00e4rme des Untergrundes aber auch die M\u00f6glichkeit den Untergrund als W\u00e4rmespeicher zu verwenden zu Nutze gemacht. Hierbei wird abh\u00e4ngig vom Geothermiesystem (geschlossene Erdw\u00e4rmesonden, offene Brunnenanlage etc.) mehr oder weniger in die nat\u00fcrlichen Gegebenheiten des Untergrundes wie das Grundwasser (Str\u00f6mungsverh\u00e4ltnisse, Temperatur etc.) eingegriffen. Negative Auswirkungen auf die Umgebung, sei es die Umwelt oder benachbarte Wasserrechte, sind auszuschlie\u00dfen.<\/p>

Je nach System, Anlagengr\u00f6\u00dfe und Standortbedingungen einer zu beplanenden oberfl\u00e4chennahen Geothermieanlage ist im Zuge eines Wasserrechtsverfahrens eine entsprechende Erlaubnis bei den zust\u00e4ndigen Beh\u00f6rden einzuholen. Hierbei kann u.U. beh\u00f6rdlich gefordert werden, den Anlagenbetrieb in einem thermohydrodynamischen Modell zu simulieren, um negative Auswirkungen begr\u00fcndbar ausschlie\u00dfen zu k\u00f6nnen. Neben der Betrachtung m\u00f6glicher Auswirkungen auf die Umgebung ist es selbstverst\u00e4ndlich durchaus sinnvoll durch ein thermohydrodynamisches Modell den eigenen sicheren Anlagenbetrieb nachzubilden bzw. zu prognostizieren. Hierbei wird i.d.R. ein Modellzeitraum von mindestens 25 Jahren gew\u00e4hlt, um auch die langfristigen Auswirkungen der geplanten Anlage absch\u00e4tzen zu k\u00f6nnen.<\/p>

Die Grundlage eines solchen W\u00e4rmemodells bildet das Grundwasserstr\u00f6mungsmodell. Zum einen, da Grundwasser wegen seiner vergleichsweisen konstanten Temperatur, der hohen W\u00e4rmekapazit\u00e4t und seiner M\u00f6glichkeit zum konvektivem W\u00e4rmetransport eine wichtige Rolle im W\u00e4rmehaushalt des Bodens einnimmt [1]. \u00a0Das Grundwasser kann vereinfacht als nat\u00fcrlicher und nachhaltiger Energielieferant betrachtet werden. Zum anderen wird dem Grundwasser in einigen Gebieten aufgrund seiner Nutzung zur Trinkwassergewinnung eine besondere Bedeutung zugeordnet. Ebenso wichtig ist es den nat\u00fcrlichen Zustand des Wassers und damit den \u00f6kologischen Lebensraum zu erhalten.<\/p>

Bei dem Aufbau eines Grundwassermodells erfolgt in einem ersten Schritt eine umfassende Datenrecherche sowie die Erstellung eines gesamtheitlichen Modellkonzeptes. Neben der Modellgebietsabgrenzung, den zu w\u00e4hlenden Randbedingungen und den einzupflegenden Untergrundeigenschaften muss auch eine r\u00e4umliche Diskretisierung des Modellgebietes erfolgen. Dar\u00fcber hinaus sind bei der zeitlichen Diskretisierung je nach Fragestellung verschiedene Einstellungen zu w\u00e4hlen. Bei der Betrachtung von gleichbleibenden Str\u00f6mungen, in denen das Einstellen eines Gleichgewichtszust\u00e4nde erwartet wird, ist die Verwendung eines station\u00e4ren Modells sinnvoll. Sind jedoch wechselnde Flie\u00dfrichtungen nachzubilden, wie z.B. die Richtungsschwankungen \u00fcber den zeitlichen Jahresverlauf, so ist das station\u00e4re Modell durch die Implementierung von Zeitreihen zu einem instation\u00e4ren Modell auszuweiten. Die gew\u00e4hlte r\u00e4umliche sowie zeitliche Diskretisierung beeinflusst ma\u00dfgeblich die Modellgenauigkeit, aber auch die Rechendauer und ist in Abh\u00e4ngigkeit von der Fragestellung sowie der vorhandenen Datendichte zu w\u00e4hlen. Ferner muss das Modell anhand von vorhandenen Daten kalibriert und schlussendlich validiert werden, um sicherzustellen, dass das Modell plausible Ergebnisse liefert.<\/p>

Das nun erhaltene Grundwassermodell kann anschlie\u00dfend zu einem thermohydrodynamischen Modell erweitert werden, in dem zus\u00e4tzlich ein erdseitiger W\u00e4rmeentzug (Heizperiode im Winter) oder -eintrag (z.B. Geb\u00e4udetemperierung im Sommer) simuliert wird. F\u00fcr den Fall eines reinen Heizbetriebes und damit W\u00e4rmeentzuges, bildet sich langfristig eine Temperaturfahne mit niedrigeren Temperaturen im Vergleich zum unbeeinflussten Niveau aus (siehe Abbildung). Neben dem reinen Heizfall k\u00f6nnen die geothermischen Anlagen auch zur Geb\u00e4udetemperierung (z.B. im Sommer) genutzt werden. Eine Erg\u00e4nzung des W\u00e4rmeeintrags durch Nutzung von Abw\u00e4rme (z.B. von Serverr\u00e4umen, K\u00fchlr\u00e4umen) bietet dar\u00fcber hinaus eine gute M\u00f6glichkeit die Auswirkungen des Anlagenbetriebs auf die Umgebung deutlich zu reduzieren (hier: Reduzierung der Temperaturabsenkung\/-fahne), sodass eine kombinierte L\u00f6sung aus Heizen und K\u00fchlen ein sehr nachhaltiger Weg zur h\u00e4uslichen W\u00e4rmegewinnung darstellt [1].<\/p>

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Abbildung 1: 3D- Temperaturverteilung \u00fcber die Bodentiefe, bei einer Erdw\u00e4rmesondenanlage nach 25 j\u00e4hriger Laufzeit (Oberfl\u00e4chen mit gleicher Temperatur)<\/p>

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Abbildung 2: 2D-Darstellung der Temperaturfahne [\u00b0C] einer Erdw\u00e4rmesondenanlage nach 25 j\u00e4hriger Laufzeit.<\/p>

#mullundpartner<\/p>

#engineeringforabettertomorrow<\/p>

#Geothermie<\/p>

#Energy<\/p>

#Grundwasser<\/p>

#Nachhaltig<\/p>

#Modellierung<\/p>

#mupgroup<\/p>

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