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Auslegungstabelle und Berechnungsanleitung für Grabenkollektoren
Verfasser:
fdl1409
Zeit: 07.09.2012 14:44:50
18
1759155
Die nachfolgenden Auslegungsrichtlinien für Grabenkollektoren sind als vorläufig zu betrachten. Vor einer allgemeinen Freigabe möchte ich diese noch an den real gemessenen Temperaturen einer möglichst großen Zahl von im Betrieb befindlichen Kollektoren überprüfen.

Mit der Tabelle können folgende Auslegungsdetails berücksichtigt werden:
- horizontale und vertikale Verlegung
- Grabenbreiten 1m bis 3m
- mittlere Grabentiefen 1,25m bis 3m
- Klimazone
- Bodenart

Für die Berechnung einer bestimmten Grabenauslegung braucht man nur die ungestörte Bodentemperatur in Verlegetiefe ( s.u. ) und die Heizlast in Watt pro Grabenmeter. Dann sucht man sich in der Tabelle die Bodenart und das Wertepaar für die Grabenbreite. In weniger als einer Minute kann man dann das Ergebnis errechnen. Als Ergebnis erhält man die mittlere Soleeingangstemperatur am Ende der Heizperiode. Diese kann bei starken Kälteeinbrüchen am Ende des Winters um 1° unterschritten werden.

Man kann auf diese Weise:
- die zu erwartende Soletemperatur bei einer bestimmten Grabengeometrie ( Länge, Breite, Tiefe ) errechnen oder
- für eine angestrebte minimale Soletemperatur die notwendige Grabenlänge ermitteln
- verschiedenste Geometrien vergleichen

Horizontale und vertikale Verlegung sind aus meiner Sicht gleichwertig. Im Einzelfall entscheidet der Aufwand darüber, welche der Varianten zu bevorzugen ist.
Bei vertikaler Verlegung ( slinky senkrecht ) gilt:
- Grabenbreite = Abstand zwischen unterem und oberem Rand der Rohrebene. Bei einem Kollektor, der slinky senkrecht zwischen 1,50m und 3m verlegt ist wird in der Tabelle also der Wert für Grabenbreite 1,50m verwendet.
- Grabentiefe = Mittelwert aus unterem und oberen Rand der Verlegetiefe, im o.g. Beispiel wäre das 2,25m.
Die Tabelle gilt für:
- turbulente Auslegungen mit ca. 100m Rohr je kW WP-Leistung ( z.B. 2x300m 32er Rohr für 6 kW Wärmepumpe )
- laminare Auslegung mit min 150m Rohr je kW WP-Leistung

In der Tabelle gebe ich für jede Bodenart und jede Kollektorbreite 2 Werte an, z.B. für Lehmboden und 1,20m Kollektorbreite die Werte 9,7 W / 29,3 W. Der Wert vor dem Querstrich gibt die Heizleistung pro Kelvin Temperaturabsenkung in der Kollektorebene für einen Meter Graben an - im sensiblen Bereich oberhalb des Gefrierpunktes. Der zweite Wert gilt für den Latentwärmebereich unter dem Gefrierpunkt.
Für die Berechnung brauchen wir jetzt noch die ungestörte mittlere Bodentemperatur im Winter. Hierfür verwende ich einen Wert in 2m Tiefe +/- Tiefenkorrektur.
Die Klimazone ist zu berücksichtigen, in kalten Gegenden mit Norm-Aussentemperatur -16° ist der Boden im Winter kälter als in einer Zone mit Norm-AT -12°.
Für 2m Tiefe nehme ich für die Bodentemperatur einen Wert von 10 - ( Norm-Aussentemperatur : 3 ). Bei Norm-AT -12° ergibt das eine ungestörte Temperatur von 6°, bei Norm-AT -18° sind es 4°.
Dazu kommt noch die Tiefenkorrektur. Hier nehme ich einen Wert von +/- 2,5° je Meter im Bereich von 1,25 bis 3m.

Beispiel: Norm-AT -14°, mittlere Verlegetiefe 2,40m ergibt: 10 - 14:3 + 0,4x2,5 = 6,33°. Wir gehen also davon aus, daß die ungestörte Temperatur hier bei 6,33° liegt im Mittel der Periode Dezember bis Februar.
Betrachten wir noch die möglichen Extreme bei Anwendung dieser Rechenweise.
Norm-AT -12° und Verlegetiefe 3m ergibt 8,5°.
Norm-AT -18° und Verlegetiefe 1,25m ergibt 2,12°.
Die Realität dürfte nicht sehr weit entfernt sein von diesen Werten.

Für die verschiedenen Bodenarten verwende ich mittlere Werte aus Rammings Dissertation.
Einige Bodenarten mit sehr ähnlichen Eigenschaften habe ich zusammengefasst. Hinter der Bodenart gebe ich die Wärmeleitfähigkeit des ungefrorenen / gefrorenen Bodens an, die volumetrische Wärmekapazität und den Wassergehalt. Mit diesen Werten habe ich die nachfolgende Tabelle berechnet. Unter der Bodenart steht für verschiedene Breiten B von 100 - 300cm das Wertepaar für die Leistung in Watt pro Kelvin und Grabenmeter für den sensiblen Bereich oberhalb und den Latentbereich unterhalb des Gefrierpunktes. Die 3 Temperaturen am Ende ( z.B. -3°/-2,5°, -2° bei Sandboden ) geben die erlaubte Auslegungstemperatur an für Kollektortiefen >1,75m / 1,5m / 1,25m.

Sandboden ( 1,2 / 1,4 W/mK ; 340 Wh/m3K ; 9% Wasser ) Min für T<1.75m/T1,50m/T1,25m: -3°/-2,5°/-2°
B 100cm : 6,7 / 12,8 W ; B 120cm : 7,2 / 14,5 W ; B 150cm : 7,9 / 17,1 W ; B 200cm : 9,2 / 21,9 W ; B 250cm : 10,4 / 27,3 W ; B 300cm : 11,7 W / 33,5 W

Lehmiger Sand ( 1,4 / 1,7 W/mK ; 350 Wh/m3K ; 12% Wasser ) -3/-2,5/-2°
B 100cm : 7,6 / 16,1 W ; B 120cm : 8,2 / 18,2 W ; B 150cm : 9,0 / 21,5 W ; B 200cm : 10,4 / 27,7 W ; B 250cm : 11,7 / 34,9 W ; B 300cm : 13,1 / 43,0 W

Sandiger Lehm ( 1,5 / 2,0 W/mK ; 380 Wh/m3K ; 18% Wasser ) -2/-1,5/-1°
B 100cm : 8,2 / 20,5 W ; B 120cm : 8,8 / 23,4 W ; B 150cm : 9,7 / 28,1 W ; B 200cm : 11,1 / 36,8 W ; B 250cm : 12,6 / 47,1 W ; B 300cm : 14,1 / 56,0 W

Lehmboden ( 1,5 / 2,4 W/mK ; 620 Wh/m3K ; 28% Wasser ) -2/-1,5/-1°
B 100cm : 9,0 / 26,6 W ; B 120cm : 9,8 / 30,7 W ; B 150cm : 10,9 / 37,2 W ; B 200cm : 12,7 / 49,8 W ; B 250cm : 14,6 / 62,0 W ; B 300cm : 16,6 / 73,0 W

Ton oder Schluff oder Mischungen Lehm/Schluff/Ton/Sand ( 1,6 / 2,7 W/mK ; 670 Wh/m3K; 36% Wasser ) -1,5/-1/-0,5°
B 100cm : 9,6 / 31,9 W ; B 120cm : 10,5 / 37,0 W ; B 150cm : 11,7 / 45,4 W ; B 200cm : 13,6 / 61,6 W ; B 250cm : 15,7 / 75,0 W ; 14,9 / 89,0 W )

Es dürfen Zwischenwerte gebildet werden, wenn die Grabenbreite von o.g. Werten abweicht.
Bei unterschiedlichen Grabenbreiten im Verlauf und unterschiedlichen Tiefen dürfen ebenfalls Mittelwerte gebildet werden.

Zuleitungsgräben mit gerader Verlegung werden mit 1/3 des Wertes eines 1,20m Grabens angerechnet.
Leitungen im Leerrohr z.B. unter der Bodenplatte werden nicht angerechnet.

Abminderung für benachbarte Gräben:
- 5% bei Abstand 6m
-10% bei Abstand 4m oder gedämmte Kellerwand <2m Entfernung
-20% bei Abstand 2m
Die Abminderung wird aber nur für den sensiblen Wert vorgenommen, nicht für den Latentwärmewert!

Bei Zweifeln über die Art des Bodens rechnet man alternativ mit den besten Kandidaten. Wichtig ist v.a. die Unterscheidung zwischen trockenen Böden, normal bindigen Böden und schweren, nassen Böden.

Erlaubte Minimum-Auslegungstemperaturen:
- trockene Böden -3°
- normal bindige, lehmige Böden : -2°
- schwere, nasse Böden : -1,5°
Empfehlung: Minimum + 1°. Noch höhere Soletemperaturen erfordern einen hohen Zusatzaufwand. Wo reichlich Platz vorhanden ist und Baggerkosten keine Rolle spielen ( eigener Bagger ) spricht aber nichts gegen ein paar Extrastunden mit dem Gerät.
Das Limit ist bei trockenen Böden vorgegeben durch den Abstand zur Abschaltgrenze -5° der meisten Wärmepumpen, bei den schweren feuchten Böden durch die Gefahr von Hebungen.
Diese Werte gelten für Verlegetiefe 1,75m oder tiefer. Bei Verlegung in 1,50m Tiefe muß +0,5° über Minimum ausgelegt werden, bei 1,25m Tiefe +1°. Der Grund dafür ist, daß bei flacherer Verlegung die Gefahr von Bodenhebungen stark ansteigt. Insbesondere sehr nasse Böden dürfen bei flacher Verlegung nur geringe Vereisung haben.

Berechnungsbeispiele:

A: Berechnung der erwarteten Soletemperatur bei einem bestimmten Grabenentwurf.
1. Schritt: Grabenlänge ermitteln. Zuerst ermitteln wir die äquivalente Gesamtlänge, indem wir gerade Abschnitte zu 1/3 anrechnen wie einen 1,20m breiten Graben. Wenn der voll ausgebaute Graben eine andere Breite hat als 1,20m dann kann man das mit den Werten aus o.g. Tabelle umrechnen.
Diese äquivalente Gesamtlänge gilt für den Latentbereich unter dem Gefrierpunkt. Für den sensiblen Plusbereich müssen wir dann noch Abminderungen vornehmen, wenn sich Gräben gegenseitig beeinflussen.
Wir bekommen dann also 2 äquivalente Grabenlängen für die Bereiche über und unter 0°.

2. Schritt: ungestörte Bodentemperatur in mittlerer Kollektortiefe berechnen. Wie oben geschildert 10° minus 1/3 der Norm-Aussentemperatur +/- 2,5 ° je Meter bei Abweichung von 2m Tiefe.

3. Schritt: Heizlast ermitteln. Es gilt die Norm-Heizlast + 0,1 kW pro Person für Warmwasser ( beim EFH 4 Personen anrechnen, auch wenn zunächst nur 2 dort wohnen ), NICHT die Leistung der WP. Bei einer Heizlast incl. WW von 6,4 kW ist es für die Grabenauslegung egal ob eine 6 kW oder 8 kW Wärmepumpe ausgewählt wird!

4. Leistung des Grabens im sensiblen Bereich berechnen. Graben von Länge X aus 1. Schritt multipliziert mit ungestörter Bodentemperatur aus 2. Schritt multipliziert mit Leistung pro Grabenmeter sensibel aus Tabelle. Beispiel: äquivalente Grabenlänge 92m, ungestörte Bodentemperatur 6,25°, Leistung pro Grabenmeter 9,8 W/mK bei Lehmboden, 1,20m Breite ergibt Leistung 5.635 Watt.

5.: Temperaturabfall im Vereisungsbereich berechnen. Hierzu ziehen wir von der Heizlast von z.B. 7,2 kW die Leistung aus dem oben berechneten sensiblen Bereich ab. Bleiben im Beispiel also noch 7.200 - 5.635 = 1.565 Watt, die aus der Vereisung kommen müssen. Diesen Wert teilen wir durch die äquivalente Grabenlänge OHNE Abminderung durch gegenseitige Beeinflussung. Bei angenommen 100m bekommen wir dann eine Leistung von 15,65 Watt pro Grabenmeter. Diesen Wert teilen wir durch die zweite Leistungsangabe aus der Tabelle, hier 30,7 W/mK. Ergebnis: die Soleeingangstemperatur am Ende des Winters liegt bei rund -0,5°.

B: Berechnung der Mindestanforderungen bei einem bestimmten Boden, Klima, Heizlast.
Angenommen wir haben wieder Lehmboden. Wollen einen Graben von 1,80m Tiefe, 1,50m Breite bei Norm-Aussentemperatur -16°. Dann haben wir eine Bodentemperatur von 4,17°. Die Tabelle gibt uns ein Wertepaar von 10,9/37,2 W/mK, die erlaubte Mindesttemperatur am Winterende liegt bei -2°. Ein Grabenmeter leistet dann 4,17 x 10,9W + 2 x 37,2W. Die Summe von 119,85W gibt uns an, wieviel Heizlast wir minimal mit einem Grabenmeter abdecken können. Bei 6 kW Heizlast haben wir dann eine minimale Grabenlänge von 50m. Empfohlen ist bei genügend Platz eine Auslegung auf Mindestanforderung +1°, also hier Soleeingang -1°. Dann braucht man 72,6m Graben.

Wenn man es ein paarmal gemacht hat geht das sehr fix. Man kann damit sehr schnell berechnen, was bei einer Veränderung der Grabenlänge, Grabenbreite oder Tiefe passiert. Bei Zweifeln über die Qualität des Bodens rechnet man eben die in Frage kommenden Bodenarten durch. Die schlechteren, trockeneren Böden dürfen tiefere Ergebnisse haben wegen der geringeren Gefahr von Hebungen, deshalb erfordert ein schlechterer Boden nicht unbedingt eine wesentlich größere Grabenlänge zur Erfüllung der geringeren Mindestanforderungen.

Mit dieser Tabelle möchte ich zunächst möglichst viele Gräben nachberechnen, die schon im vergangenen Winter gelaufen sind. Außerdem erstellen wir Prognosen für die erwartete Soletemperatur neuer Gräben. Das Ergebnis gibt wie gesagt die mittlere Soleeingangstemperatur am Ende des Winters, bei Spitzenlast kann die Temperatur noch 1° tiefer gehen. Erwarte eine Bandbreite der real beobachteten Soletemperaturen von 0,5° unterhalb bis 1,5° oberhalb des berechneten Ergebnisses.
Wenn einige Dutzend Ergebnisse vorliegen kann man sagen, ob diese Berechnungsmethode realitätsnah genug ist, um allgemein frei gegeben zu werden. Es wäre schön, wenn dann noch jemand eine Eingabemaske schreiben könnte, um die Anwendung noch zu vereinfachen.

Grüße
Frank

Verfasser:
crax Dieser Benutzer hat eine rote Karte erhalten
Zeit: 07.09.2012 16:31:32
1
1759212
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
....Die nachfolgenden Auslegungsrichtlinien für Grabenkollektoren sind als vorläufig zu betrachten. Vor einer allgemeinen Freigabe möchte ich diese noch an den real gemessenen Temperaturen einer möglichst großen Zahl von im Betrieb befindlichen Kollektoren überprüfen.
Versuchskaninchen werden sich sicherlich noch finden ;-)
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
....Für die Berechnung einer bestimmten Grabenauslegung braucht man nur die ungestörte Bodentemperatur in Verlegetiefe ( s.u. ) und die Heizlast ...
Ausschlaggebend ist die notwendige, geforderte Entzugsleistung, sowie die tatsächlich notwendige Entzugsenergie! ;-) Waren tatsächlich alle Prof´s meiner mehrjährigen Ausbildung alle Idioten, wenn zunächst der Bedarf und nachfolgend die Erfüllung mit geeigneten Maßnahmen dessen zu realisieren ist ? Ein anonymer Hobbyexperte ohne Fachausbildung erfindet plötzlich den Stein des Weisen? Sehr unwahrscheinlich! :-)
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
.... Diese kann bei starken Kälteeinbrüchen am Ende des Winters um 1° unterschritten werden.
Diese wird überwiegend im Minusbereich liegen!
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
.... Beispiel: Norm-AT -14°, mittlere Verlegetiefe 2,40m ergibt: 10 - 14:3 + 0,4x2,5 = 6,33°. Wir gehen also davon aus, daß die ungestörte Temperatur hier bei 6,33° liegt im Mittel der Periode Dezember bis Februar.
Wer ist Wir? Was, wenn nicht ? :-)
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
....Leitungen im Leerrohr z.B. unter der Bodenplatte werden nicht angerechnet.
Seit wann ist feste Überbauung zulässig? :-)
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
.... Bei Zweifeln über die Art des Bodens rechnet man alternativ mit den besten Kandidaten.
Üblicherweise rechnet man im Zweifel mit den schlechteren Randbedingungen, nicht mit den besten! :-)
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
....Erlaubte Minimum-Auslegungstemperaturen:
- trockene Böden -3°
- normal bindige, lehmige Böden : -2°
- schwere, nasse Böden : -1,5°
Wer erlaubt das? :-)
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
.... Das Limit ist bei trockenen Böden vorgegeben durch den Abstand zur Abschaltgrenze -5° der meisten Wärmepumpen, bei den schweren feuchten Böden durch die Gefahr von Hebungen. Diese Werte gelten für Verlegetiefe 1,75m oder tiefer. Bei Verlegung in 1,50m Tiefe muß +0,5° über Minimum ausgelegt werden, bei 1,25m Tiefe +1°. Der Grund dafür ist, daß bei flacherer Verlegung die Gefahr von Bodenhebungen stark ansteigt. Insbesondere sehr nasse Böden dürfen bei flacher Verlegung nur geringe Vereisung haben.
Das ist wohl ein Witz! Überbauung empfohlen, hier aber Hebungen anmerken! :-) Wie willst Du denn geringe Vereisung garantieren, wenn bei dieser Auslegung der tatsächliche Bedarf anscheinend keinerlei Rolle spielt? :-)
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
....A: Berechnung der erwarteten Soletemperatur bei einem bestimmten Grabenentwurf.
Was, wenn die Erwartung nicht zutrifft? Haftet der anonyme Hobbyexperte für entgangene Effizienz?
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
....3. Schritt: Heizlast ermitteln. Es gilt die Norm-Heizlast + 0,1 kW pro Person für Warmwasser ( beim EFH 4 Personen anrechnen, auch wenn zunächst nur 2 dort wohnen ), NICHT die Leistung der WP.
Die exakte Heizlastberechung ist der erste Schritt, neben dem Energieentzugsbedarf der Quelle für Hzg u. WW. Die Quellenauslegung hat sich nach diesen Notwendigkeiten zu beugen, nicht umgekehrt! ;-)
Zuschläge für WW sind nur nach Auswertung der standortspezifischen Klimadaten in Ausnahmefällen erforderlich. Meist unnütz! In der Summe ist oft ein Leistungssprung der WP verzichtbar und damit der Invest für den WE sowie der Aufwand für die Quelle reduzierbar!
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
.... Bei einer Heizlast incl. WW von 6,4 kW ist es für die Grabenauslegung egal ob eine 6 kW oder 8 kW Wärmepumpe ausgewählt wird!
Ein unübertroffener Unsinn! Eine über dem tatsächlichen Bedarf dimensionierte Kälteleistung, belastet eine Quelle nachhaltig mit der Folge eine nachhaltigen Effizinenzverlustes!
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
....Bei angenommen 100m bekommen wir dann eine Leistung von 15,65 Watt pro Grabenmeter. Diesen Wert teilen wir durch die zweite Leistungsangabe aus der Tabelle, hier 30,7 W/mK.
Was, wenn diese Annahmen, Schätzungen nicht stimmen? Haftet der anonyme Hobbyexperte für sein Werk? ;-)
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
...., deshalb erfordert ein schlechterer Boden nicht unbedingt eine wesentlich größere Grabenlänge zur Erfüllung der geringeren Mindestanforderungen.
Was sind Mindestanforderungen? Mehr als verwunderlich, immerhin werden die Anforderungen nicht durch den Boden, sondern durch den tatsächlichen Bedarf des Gebäudes sowie das Nutzerverhalten für Hzg u. WW bestimmt ! Nicht der Wunsch, sondern die Realität der vorhandenen Gegebenheiten ist ausschlaggebend;-) Die Quellenauslegung hat diesen Anforderungen zu folgen, nicht umgekehrt! ;-)
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
....Das Ergebnis gibt wie gesagt die mittlere Soleeingangstemperatur am Ende des Winters, bei Spitzenlast kann die Temperatur noch 1° tiefer gehen.
Temperaturdifferenzen werden meist in K angegeben. Zudem, wenn -4°C erreicht wurden führt das zu - 5°C, alles andere als wünschenswert für diesen Aufwand!
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
....Erwarte eine Bandbreite der real beobachteten Soletemperaturen von 0,5° unterhalb bis 1,5° oberhalb des berechneten Ergebnisses.
Hoffentlich gibt es hierfür genügend Versuchskaninchen ;-)
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
....Wenn einige Dutzend Ergebnisse vorliegen kann man sagen, ob diese Berechnungsmethode realitätsnah genug ist, um allgemein frei gegeben zu werden.
Ein Dutzend sind 12, kaum repräsentativ und würde bei jeglicher statistischen Auswertung ausreichender Stichprobengröße unter den Tisch fallen! :-)

mfg

NB: Ich vermisse die "überrragende Turbuleztheorie", die so manchem Blauauge zu überhöhten Verbrauchskosten verholfen hat!

Verfasser:
crink
Zeit: 07.09.2012 17:45:35
1
1759241
Ohne weiter auf crax destruktives Posting einzugehen habe ich eine kleine Frage: Findet der Übergang zur Vereisung des Bodens wirklich genau bei 0,0 Grad statt? Oder eher bei leicht geringeren Temperaturn (-0,5 Grad oder so)? Dann wäre die Leistung der hier berechneten Gräben etwas geringer.

Zum Spielen habe ich folgend ein Java-Programm angehängt, das die Tabelle von Frank direkt in Grabenlängen umrechnet. Einfach nach C, C# oder Objective-C übersetzbar. Probierts mal aus, damit ist das experimentieren ein wenig einfacher. Leider geht hier im Editor die Einrückung verloren...

Viele Grüße,
crink


/**
*
* @author crink
*
* Berechnung von Grabenkollektoren frei nach fdl1409.
* Als Maßeinheiten werden cm, Grad und Watt verwendet.
*/
public class GrabenCalculator
{
public static final int BODEN_SAND = 0;
public static final int BODEN_LEHMIGER_SAND = 1;
public static final int BODEN_SANDIGER_LEHM = 2;
public static final int BODEN_LEHM = 3;
public static final int BODEN_TON_SCHLUFF = 4;

public static final double GEFRIERPUNKT_BODEN = 0.0;

public boolean initialized = false;
public int breite;
public int tiefe;
public int waermeLeistung;
public int boden;
public double normAussenTemp;

// Alles folgende ist von den fünf BODEN_Konstanten abhängig
// Bei dieser Tiefe darf die minimale Bodentemperatur bei 0 Grad liegen
public static final int[] BODEN_NULL_GRAD_BEI_TIEFE_CM = {25, 25, 75, 75, 100};

// Pro cm Tiefe mehr als BODEN_NULL_GRAD kann die Bodentemperatur fallen um
public static final double[] BODEN_KAELTER_PRO_CM = {0.02, 0.02, 0.02, 0.02, 0.02};

// Bei 100 cm breitem Graben und nicht gefrorenem Boden hat jeder Meter soviel Watt Wärmeleistung
public static final double[] BODEN_GETAUT_WAERMELEISTUNG_WATT_BEI_100 = {6.7, 7.6, 8.2, 9.0, 9.6};

// Wird der Graben breiter, dann kommen pro cm soviel Watt dazu
public static final double[] BODEN_GETAUT_WAERMELEISTUNG_WATT_PRO_CM = {0.025, 0.028, 0.029, 0.037, 0.04};

// Bei 100 cm breitem Graben und gefrorenem Boden hat jeder Meter soviel Watt Wärmeleistung
public static final double[] BODEN_GEFROREN_WAERMELEISTUNG_WATT_BEI_100 = {12.8, 16.1, 20.5, 26.6, 31.9};

// Wird der Graben breiter, dann kommen pro cm soviel Watt dazu
public static final double[] BODEN_GEFROREN_WAERMELEISTUNG_WATT_PRO_CM = {0.091, 0.116, 0.163, 0.232, 0.297};


public void setVertikaleWerte(int boden, int minTiefeCM, int maxTiefeCM, int waermeLeistungWatt, double normAussenTemp)
{
initialized = true;
this.boden = boden;
this.normAussenTemp = normAussenTemp;
breite = maxTiefeCM - minTiefeCM;
tiefe = (maxTiefeCM + minTiefeCM) / 2;
waermeLeistung = waermeLeistungWatt;
}

public void setHorizontaleWerte(int boden, int tiefeCM, int breiteCM, int waermeLeistungWatt, double normAussenTemp)
{
initialized = true;
this.boden = boden;
this.normAussenTemp = normAussenTemp;
breite = breiteCM;
tiefe = tiefeCM;
waermeLeistung = waermeLeistungWatt;
}

public Double calcUngestoerteBodenTemp()
{
if (initialized) {
return 5 + (tiefe * 0.025) + (normAussenTemp/3);
} else {
return null;
}
}

public Double calcMinimalTemp()
{
if (initialized) {
double gefaelle = BODEN_KAELTER_PRO_CM[boden];
int tiefeBeiNull = BODEN_NULL_GRAD_BEI_TIEFE_CM[boden];
return -(tiefe - tiefeBeiNull) * gefaelle;
} else {
return null;
}
}

public Integer calcKurzGraben()
{
return calcLaengeMitMinTemp(calcMinimalTemp());
}

public Integer calcEmpfohlenerGraben()
{
return calcLaengeMitMinTemp(calcMinimalTemp() + 1);
}

public Integer calcLaengeMitMinTemp(double minTemp)
{
if (initialized) {
double ungestoertTemp = calcUngestoerteBodenTemp();

double deltaGetaut = ungestoertTemp - GEFRIERPUNKT_BODEN;
double getaut100 = BODEN_GETAUT_WAERMELEISTUNG_WATT_BEI_100[boden];
double getautProCM = BODEN_GETAUT_WAERMELEISTUNG_WATT_PRO_CM[boden];
double getautLeistungProCM = (((breite - 100) * getautProCM + getaut100) * deltaGetaut) / 100.0;

double deltaGefroren = - minTemp + GEFRIERPUNKT_BODEN;
double gefroren100 = BODEN_GEFROREN_WAERMELEISTUNG_WATT_BEI_100[boden];
double gefrorenProCM = BODEN_GEFROREN_WAERMELEISTUNG_WATT_PRO_CM[boden];
double gefrorenLeistungProCM = (((breite - 100) * gefrorenProCM + gefroren100) * deltaGefroren) / 100.0;

double leistungProCM = getautLeistungProCM + gefrorenLeistungProCM;
double laengeInCM = waermeLeistung / leistungProCM;
return (int) laengeInCM;
} else {
return null;
}
}

public static void main(String[] args)
{
GrabenCalculator grabenCalc = new GrabenCalculator();
// Der Testgraben hat Lehmboden, eine Tiefe von 180cm, Breite=150cm, 6 kW Wärmeleistung und -16 Grad Normaussentemperatur
grabenCalc.setHorizontaleWerte(BODEN_LEHM, 180, 150, 6000, -16.0);

System.out.println("Ungestörte Temperatur im Graben: " + grabenCalc.calcUngestoerteBodenTemp() + " Grad");
System.out.println("Minimale erlaubte Temperatur im Graben: " + grabenCalc.calcMinimalTemp() + " Grad");
System.out.println("Minimale Grabenlänge: " + grabenCalc.calcKurzGraben() + " cm");
System.out.println("Empfohlene Grabenlänge: " + grabenCalc.calcEmpfohlenerGraben() + " cm");
}

}

Verfasser:
fdl1409
Zeit: 07.09.2012 17:55:14
0
1759245
Ach crax, was du nicht verstehen willst wirst du nicht verstehen.

Ich stelle hier eine ziemlich universelle Berechnungsmethode vor, mit der ich konkrete Prognosen der Soletemperatur für eine ganze Bandbreite von Grabengeometrien mache.
So etwas gibt es noch nicht - Vergleichbares gibt es nur für Erdsonden, z.B. das Programm Earth Energy Designer von Professor Sanner. Ich lehne mich damit also ziemlich weit aus dem Fenster. Das Schöne daran ist, daß die Angaben überprüfbar sind. Ich berechne etwas, der Bauherr berichtet, was er im Betrieb wirklich gesehen hat, und dann werden wir sehen, ob meine Methode funktioniert und zuverlässige Prognosen liefert oder nicht.

Meine Annahmen sind auf der vorsichtigen Seite. Ich erwarte, daß die weit überwiegende Mehrheit Soletemperaturen sehen wird, die zwischen 0 und +1K oberhalb der Prognose liegen. Einige noch höher, vielleicht einige wenige minimal tiefer. Es ist denkbar, daß ich nach Vorliegen etlicher Ergebnisse noch ein paar Anpassungen machen werde.

Ausschlaggebend ist die notwendige, geforderte Entzugsleistung, sowie die tatsächlich notwendige Entzugsenergie! ;-) Waren tatsächlich alle Prof´s meiner mehrjährigen Ausbildung alle Idioten, wenn zunächst der Bedarf und nachfolgend die Erfüllung mit geeigneten Maßnahmen dessen zu realisieren ist ? Ein anonymer Hobbyexperte ohne Fachausbildung erfindet plötzlich den Stein des Weisen? Sehr unwahrscheinlich! :-)

Ausschlaggebend ist die Heizlast. Ich bin bei der Berechnung davon ausgegangen, daß zwischen 1. Dezember und 28. Februar der Graben einer Kälteleistung in Höhe von 45% der Heizlast belastet ist. Bei AZ 4 wäre das eine Auslastung von 60%. Bei 6 kW Heizlast sind das z.B. 7.776 kWh für den genannten Zeitraum von 3 Monaten, also knapp 1.300 Volllaststunden. Die realen Verbräuche werden meist darunter liegen. Dîe genannte maximale Unterschreitung des berechneten Wertes um bis zu 1K gilt für sehr kalte Winter, strenge Dauerfrostperioden und eventuell stark erhöhte Verbräuche in der Ausheizphase.

Diese wird überwiegend im Minusbereich liegen!

Ich errechne hier Tiefstwerte am Ende des Winters. Die erlaubten Werte liegen bei -3° in sehr trockenen Böden bei Verlegetiefe 1,75m oder tiefer bis -0,5° bei nassen Böden in Tiefe 1,25m. Das sind absolute Mindestanforderungen, die Empfehlung lautet, auf 1° höhere Temperaturen auszulegen. Bei diesen Temperaturen treten im Mittel der Wintermonate Soletemperaturen nur ganz knapp unter dem Gefrierpunkt auf. Im Jahresmittel liegen sie dann natürlich weit im Plusbereich, im Sommer können Soleeingangstemperaturen bis +20° auftreten.

Seit wann ist feste Überbauung zulässig? :-)

Wie werden denn Erdsonden angebunden? Im Leerrohr unter der Bodenplatte?

Üblicherweise rechnet man im Zweifel mit den schlechteren Randbedingungen, nicht mit den besten! :-)

Mit beste Kandidaten sind die gemeint, die am ehesten passen. Man berechnet diese alle und kennt die Bandbreite, die dann zu erwarten ist.

Zitat von fdl1409
.... Bei einer Heizlast incl. WW von 6,4 kW ist es für die Grabenauslegung egal ob eine 6 kW oder 8 kW Wärmepumpe ausgewählt wird!
Ein unübertroffener Unsinn! Eine über dem tatsächlichen Bedarf dimensionierte Kälteleistung, belastet eine Quelle nachhaltig mit der Folge eine nachhaltigen Effizinenzverlustes!


Ist das wirklich so schwer? Angenommen du hast ein Haus, das 2.000 Liter Öl pro Jahr verbraucht und willst nur einmal pro Jahr tanken. Dann baust du einen z.B. 3.000 Liter Tank ein. Dafür spielt es keine Rolle, ob der Heizkessel 10 kW leistet oder 24 kW, oder? So ist es mit dem Graben. Der Graben ist ein Tank, aus dem ich im Winter die Wärme ziehe, die im Sommer von der Sonne wieder aufgefüllt wird.

Ein Dutzend sind 12, kaum repräsentativ und würde bei jeglicher statistischen Auswertung ausreichender Stichprobengröße unter den Tisch fallen! :-)

Ich schrieb von einigen Dutzend. Was ist, wenn von 50 Gräben 48 Soletemperaturen oberhalb der Prognose haben und 2 um bis zu 0,5° tiefer liegen? Würdest du das dann für eine akzeptable Berechnungsmethode halten? Zugeben würdest du es wohl nicht. Wenn ich keine Ahnung habe, wie du glaubst, müßten die Ergebnisse schrotschußartig mit großen Abweichungen von der Prognose ausfallen.
Eine exakte Berechnung ist natürlich nicht möglich, so wie du den Wärmeverbrauch eines neu geplanten Hauses nicht auf eine Kilowattstunde genau ausrechnen kannst. Dafür wird das Ergebnis von zu vielen Variablen beeinflußt. Eine gute Näherung ist deshalb ein sehr gutes Ergebnis.

Kannst mosern wie du willst, laß uns einfach mal schauen, wie Prognose und Realität übereinstimmen.

NB: Ich vermisse die "überrragende Turbuleztheorie", die so manchem Blauauge zu überhöhten Verbrauchskosten verholfen hat!

Die anerkanntesten Experten im Geothermiebereich sind Professor Sanner aus Giessen ( u.a. Programm EED ), Ingenieurbüros UbeG Wetzlar und Huber / Schweiz. Die berechnen das exakt so wie ich. Die Theorie spiegelt sich in gemessenenen Temperaturverläufen in Thermal Response Tests perfekt wieder. Du machst dich drüber lustig. Ich zucke mit den Schultern.

Grüße
Frank

Verfasser:
fdl1409
Zeit: 07.09.2012 18:05:58
0
1759251
Hallo crink,

keine Ahnung wie ich das Java-Programm zum arbeiten kriege, bin Computeramateur. Ein nettes Freeware Programm, bei dem man alle relevanten Daten nur in eine Maske eingeben muß, wäre definitiv gut. Das würde man noch etwas anders anlegen, statt mit den Tabellen mit den Formeln, mit denen ich die Tabelle berechnet habe. Hat aber noch Zeit.

Ohne weiter auf crax destruktives Posting einzugehen habe ich eine kleine Frage: Findet der Übergang zur Vereisung des Bodens wirklich genau bei 0,0 Grad statt? Oder eher bei leicht geringeren Temperaturn (-0,5 Grad oder so)? Dann wäre die Leistung der hier berechneten Gräben etwas geringer.

Die Leistung ist tatsächlich höher. Ich berechne hier Soleingangstemperaturen. Der Soleausgang liegt um 3-4° tiefer. Die Eisbildung beginnt also schon bei Soleeingängen deutlich über dem Gefrierpunkt. Das ist mir absolut bewußt, und das ist eine der Reserven, die ich drin habe. Systematische Fehler, die in der Berechnungsmethode enthalten sind ( davon gibt es mehrere ), gehen in die richtige Richtung, d.h. in Wahrheit treten eher höhere Werte auf. Deshalb schrieb ich ja, daß ich nach einer entsprechenden Anzahl von Ergebnissen eventuell noch Korrekturen vornehmen werde. Ich kann momentan damit leben, wenn ein gewisser Prozentsatz um mehr als 1° wärmer ist als berechnet. So ist es mir lieber als eine Unterschreitung der erwarteten Temperaturen weniger Anlagen um 1° oder mehr.

Grüße
Frank

Verfasser:
kub0815
Zeit: 07.09.2012 18:21:43
0
1759259
hi,
finde die Darstellung in einer Tablle als Bild einfacher z.b.

die ungestörte mittlere Bodentemperatur im Winter würde ich so Darstellen



Viele Grüsse
Jürgen

Verfasser:
kub0815
Zeit: 07.09.2012 18:24:19
0
1759261
Verfasser:
fdl1409
Zeit: 07.09.2012 18:44:43
0
1759266
Hallo Jürgen,

Tabelle ist super, danke! Würde nur erst bei 1,20m Tiefe beginnen. Flacher möchte ich nicht verlegen.

Grüße
Frank

Verfasser:
crax Dieser Benutzer hat eine rote Karte erhalten
Zeit: 07.09.2012 19:01:31
1
1759270
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
....Ach crax, was du nicht verstehen willst wirst du nicht verstehen.
Es geht nicht darum, was ich will, sondern was Blauaugen hieraus für sich schlußfolgern. :-)
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
.... Es ist denkbar, daß ich nach Vorliegen etlicher Ergebnisse noch ein paar Anpassungen machen werde.
Na, prima, hierfür sollen Dir auch noch die Blauaugen das Material liefern :-)
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
....Ausschlaggebend ist die Heizlast. Ich bin bei der Berechnung davon ausgegangen, daß zwischen 1. Dezember und 28. Februar der Graben einer Kälteleistung in Höhe von 45% der Heizlast belastet ist.
Völlig unabhängig vom WW Bedarf und Klimastandort? Wie ist das denn möglich? Was wenn, das nicht zutreffend ist. Die ganze Annahme für die Katz? Deine Annahmen entsprechen dem Blick in eine mehr als trübe Glaskugel :-)
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
....Bei AZ 4 wäre das eine Auslastung von 60%....
Ein Konstrukt auf der Basis von Konjunktiven! Etwas als erbährmlich - oder? :-)
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
....Bei 6 kW Heizlast sind das z.B. 7.776 kWh für den genannten Zeitraum von 3 Monaten, also knapp 1.300 Volllaststunden.
Woher die Volllaststunden, wenn der Energiebedarf nicht bekannt ist?
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
....Die realen Verbräuche werden meist darunter liegen. Dîe genannte maximale Unterschreitung des berechneten Wertes um bis zu 1K gilt für sehr kalte Winter, strenge Dauerfrostperioden und eventuell stark erhöhte Verbräuche in der Ausheizphase.
Was sind denn:
- reale Verbräuche?
- kalte Winter?
- strenge Dauerfrostperioden?
- stark erhöhte Verräuche?
- Ausheizphase?
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
....Ich errechne hier Tiefstwerte am Ende des Winters. Die erlaubten Werte liegen bei -3° in sehr trockenen Böden bei Verlegetiefe 1,75m oder tiefer bis -0,5° bei nassen Böden in Tiefe 1,25m....
Aha, und wenn Deine "Erlaubungen" nicht erreicht werden, können die Blauaugen bei dem anonymen Hobbyexperten Regreßansprüche anmelden :-)
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
....Im Jahresmittel liegen sie dann natürlich weit im Plusbereich, im Sommer können Soleeingangstemperaturen bis +20° auftreten.
Wie hilfreich können SWP mit 20°C umgehen ;-)
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
...der Graben ist ein Tank, aus dem ich im Winter die Wärme ziehe, die im Sommer von der Sonne wieder aufgefüllt wird.
Na, prima : es wird u.U. mehr entzogen, als er leisten kann, und "aufgefüllt" wird er auch nur unzureichend! Was denn nun?
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
... Eine gute Näherung ist deshalb ein sehr gutes Ergebnis.
Was ist eine gute Näherung? :-)
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
...Kannst mosern wie du willst, laß uns einfach mal schauen, wie Prognose und Realität übereinstimmen.
Eben, schauen wir mal. Zudem können sich die Jünger ja in der Verbrauchsdatenbank verewigen. Da muß man das Rad nicht noch einmal neu erfinden! :-)
Nur hier hat da die Anonymität mal ein Ende! :-)
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
...Die berechnen das exakt so wie ich. Die Theorie spiegelt sich in gemessenenen Temperaturverläufen in Thermal Response Tests perfekt wieder. Du machst dich drüber lustig. Ich zucke mit den Schultern.
Na, dann zucke mal, die Abgenzung zwischen laminar und turbulent machst Du ja an der Re Zahl fest! :-) Hinweis: Schau Dir doch mal die jeweiligen Strömungsprofile an! :-) Deine "Turbulenztheorie" verhilft gegenwärtig den Blauaugen zu überhöhten Stromkosten :-)

mfg

Verfasser:
fdl1409
Zeit: 07.09.2012 20:06:07
0
1759297
Völlig unabhängig vom WW Bedarf und Klimastandort? Wie ist das denn möglich? Was wenn, das nicht zutreffend ist. Die ganze Annahme für die Katz? Deine Annahmen entsprechen dem Blick in eine mehr als trübe Glaskugel :-)

Meine Güte, dein Niveau steigt nicht. Die Heizlast ist vom Klimastandort abhängig, gerade mal vergessen? Für WW rechne ich 0,1 kW pro Person, fürs EFH 0,4 kW. Das sind in den Wintermonaten 864 kWh. Du rechnest den WW-Bedarf angeblich ganz genau aus. Und was ist, wenn ein Kind geboren wird, die Oma stirbt oder die Familie sich einen anderen Duschkopf anschafft? Bricht dann die ganze Energieversorgung des Hauses zusammen ohne deine präzise Berechnung?

Das bringt uns echt nicht weiter. Du spuckst nur Gift und Galle.

Was wir jetzt brauchen sind ein paar konkrete Gräben, die schon einen Winter gelaufen sind.

Einige wenige hab ich schon berechnet mit diesem System. Zum Beispiel den von Bernd_K. Der hat einen Altbau mit 30.000 kWh p.a. und 11 kW Heizlast. 100m Graben, in denen senkrecht zwischen 1,80m und 4,30m die Rohre in wässergesättigtem Sand liegen. Ein ziemlicher Exot, den man nicht so einfach einschätzen kann. Berechnete Temperatur +3,0°, peak also +2,0°. Bisher gesehener Tiefstwert in ich glaube 4 Wintern: +3,0°. Damit kann ich recht gut leben.

Gebt mir also eure Daten, damit wir zusammen rechnen können:
- Heizlast mit WW
- Norm-Aussentemperatur
- Grabenlänge Slinky und gerade, Breite und Tiefe, Abminderung durch benachbarte Gräben
- Bodenart
Dann rechnen wir zusammen aus, welche Soletemperatur nach meiner Methode zu erwarten ist und ihr erzählt mir dann, was ihr wirklich gemessen habt.

Grüße
Frank

Verfasser:
crink
Zeit: 07.09.2012 23:42:07
0
1759362
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
keine Ahnung wie ich das Java-Programm zum arbeiten kriege, bin Computeramateur. Ein nettes Freeware Programm, bei dem man alle relevanten Daten nur in eine Maske eingeben muß, wäre definitiv gut. Das würde man noch etwas anders anlegen, statt mit den Tabellen mit den Formeln, mit denen ich die Tabelle berechnet habe. Hat aber noch Zeit.

Naja, Deine Tabelle mit den Auslegungsempfehlungen ist ein wenig zu komplex zum "rumspielen", deshalb hab ich das nun nach JavaScript übersetzt und mit HTML-Maske für einfache Bedienung versehen. Nicht schön, aber funktioniert. Das ganze ist einfach eine HTML-Seite mit eingebettetem JavaScript, Du kannst also für Modifikationen die HTML-Seite bei Dir lokal als HTML speichern, mit einem Text-Editor verändern und dann wieder dort hochladen und hier den neuen Link bekanntgeben. Auch Amateure kriegen das hin ;-)

Auf gehts: Berechnungshilfe für Ringgrabenkollektoren

Viele Grüße,
crink

Verfasser:
MaJen
Zeit: 08.09.2012 00:26:39
0
1759373
@ Frank: Respekt, das ist eine reife Leistung!


@ Crink: Ebenso!

Man kann die Berechnungen sicher noch verfeinern, zB durch die Angabe wieviel Grabenmeter auf x m Länge einseitig oder beidseitig zu nah an einem anderen Graben liegen und damit Zuschläge auf die Länge erfolgen? Wäre gut, wenn das tool die geänderte Grabenlänge dann auch ausspuckt.

Festlegung minimale Soletemps durch Nutzer geht auch?

MaJen

Verfasser:
MaJen
Zeit: 08.09.2012 00:31:33
0
1759375
@ Crax:
Es ist einfach lächerlich, was Du hier abziehst. Kommst destruktiv wie eine beleidigte Leberwurst daher. Das merkt jeder aufmerksamer Leser. Pass auf, dass Du nicht dadurch Deine zahlreichen Kunden verlierst. Dann bleiben Dir vielleicht nur noch die nicht aufmerksamen Leser. Aber vielleicht sind ja gerade die Deine Zielgruppe. Kindergarten.

MaJen

Verfasser:
GrabenKollektorFan
Zeit: 08.09.2012 01:42:09
0
1759381
Super!

Habe gerade Grabenlänge fur meine Daten berechnet. Einmal per hand und einmal mit crink's SW. :)
Paβt gut dazu was mein Planer berechnet hat.

Verfasser:
fdl1409
Zeit: 08.09.2012 06:26:24
0
1759394
Ah, geil!. Ja, genau sowas hab ich gemeint. Danke, crink!
Sind noch ein paar Fehler drin und ich hätte gerne ein paar kleine Änderungen.

Die minimal erlaubte Bodentemperatur von z.B. -3° für Sand gilt für Grabentiefen von 1,75m und tiefer. Bei 1,25m steigt sie auf -2°. Du hast das richtig drin für Tiefe 1,25m - 1,75m, bei tieferen Gräben steigt das aber weiter, das darf nicht sein.

Statt "Grabentiefe" hätte ich gerne "mittlere Kollektortiefe" oder "mittlere Tiefe der Rohrebene". Die Grabentiefe ist nämlich nur bei horizontaler Verlegung identisch damit, bei senkrechter Verlegung muß man die Mitte zwischen Oberkante und Unterkante nehmen.

Statt "Bodentemperatur am unbelasteten Grabenboden" würde ich vielleicht schreiben "unbelastete Winter-Bodentemperatur Rohrebene ", und das Ergebnis nur auf 2 Nachkommastellen.

"Minimal erlaubte Bodentemperatur" stimmt so nicht, "Minimal erlaubte Soleeingangstemperatur" ist gemeint. Kann man das ergänzen zu "Minimal erlaubte / empfohlene Soleeingangstemperatur " und das im Ergebnis auch angeben, z.B. -2 / -1° ?

Die Grabenlängen hätte ich gerne übersichtlicher in Meter und mit ein oder max. 2 Nachkommastellen.

Und dann, hey, spielt damit herum. Ihr werdet sehen daß man da zu sehr interessanten Feststellungen kommt.

Ein zweites Tool mit umgekehrter Vorgehensweise wäre auch wünschenswert. So eins wo man die Ziel-Soletemperatur eingibt und das Programm sagt einem dann, wieviel Meter man braucht. Vielleicht könnte man das auch in dieses Programm einarbeiten. Unterhalb des Kästchens mit erlaubter / minimaler könnte man ein weiteres einbinden, wo der Nutzer die gewünschte Temperatur eintragen kann. Mit Fehlermeldung, falls die Eingabe kleiner ist als erlaubt.

Grüße
Frank

Verfasser:
Rosenow Dieser Benutzer hat eine rote Karte erhalten
Zeit: 08.09.2012 07:50:43
0
1759399
ich würde gerne versuchen, das Ganze in excel zu stellen. Wo könnte ich denn die Berechnungsalgorithmen finden ?
Und stört Euch nicht am Crax, der hat noch nie auch nur einen Zweizeileransatz geliefert zu irgend einer Problemstellung. Mein Angebot, eines seiner "Gutachten" mal zu verreißen, hat er geflissentlich ignoriert. Mich friert´s bei dem Gedanken, was einem blüht, der so jemand als Gutachter auf der Gegenseite beim Prozeß hat. Im Energieberaterforum werden seine Eingaben seltener, weil er dort regelmäßig abgeputzt wird, die Jungs dort müssen Geld verdienen und nehmen sich meist erst gar nicht die Zeit, auf solche Anwürfe zu reagieren. Also: überhaupt nicht ignorieren !
Gruß Alf

Verfasser:
whyatt
Zeit: 08.09.2012 09:08:34
0
1759416
Hallo Frank
Vielen Dank für die tolle Arbeit!
Du hast auch angedeutet mit anderen Rohren mit geringerem Gewicht arbeiten zu wollen...
Gibt's dafür einen Zeitplan?
Danke
Gruß
Volker

Verfasser:
crink
Zeit: 08.09.2012 13:00:59
0
1759489
Hallo,

die Änderungswünsche von Frank sind eingearbeitet. MaJens Vorschlag bzgl. verschiedener Grabenabschnitte ist mir zu kompliziert für einen kleinen Rechner. Aber die Eingabemöglichkeit einer gewünschten minimalen Soletemperatur ist mit aufgenommen.

Hier der Link: Berechnungshilfe für Ringgrabenkollektoren

Viele Grüße,
crink

Verfasser:
RogerW
Zeit: 08.09.2012 15:36:12
0
1759529
Danke für Eure tolle Arbeit. Könntet Ihr in der Berechnung auch noch die erforderliche Tauscherfläche (Rohrlänge, Anzahl Kreise, Durchmesser) mit angeben?
Viele Grüße
Roger

Verfasser:
Jojo_
Zeit: 08.09.2012 21:58:19
0
1759615
:-))) ich möchte mich auch an der Diskussion beteiligen.

Woher kommen überhaupt die Bodentemperaturen? Also ich habe keinen Temperatursensor im Boden verbuddelt und damit Bedenken, dass diese Annahmen stimmen. Gerade die Bodentemperaturen dürften einen wichtigen Einfluss auf die Leistung des Kollektors haben.

Die werden sicherlich von vielen Faktoren beeinflusst wie z.B. großflächiger Verschattung in bewaldeten Gebieten oder Grundstücken mit vielen Bäumen vs. Acker- oder Gartenfläche ganz ohne Verschattung, ggf. Grundwasserstände und -ströme, in unserem Bergbaugebiet könnte ich mir auch Abweichungen vorstellen. Das soll alles mit einer Faustformel erschlagen werden?

ungläubige Grüße,

Jojo_

Verfasser:
crink
Zeit: 08.09.2012 22:28:31
0
1759626
Zitat von Jojo_ Beitrag anzeigen
:-))) ich möchte mich auch an der Diskussion beteiligen.

Woher kommen überhaupt die Bodentemperaturen? Also ich habe keinen Temperatursensor im Boden verbuddelt und damit Bedenken, dass diese Annahmen stimmen. Gerade die Bodentemperaturen dürften einen wichtigen Einfluss auf die Leistung des Kollektors haben.

Die werden sicherlich von vielen Faktoren beeinflusst wie z.B. großflächiger Verschattung in bewaldeten Gebieten oder Grundstücken mit vielen Bäumen vs. Acker- oder Gartenfläche ganz ohne Verschattung, ggf. Grundwasserstände und -ströme, in unserem Bergbaugebiet könnte ich mir auch Abweichungen vorstellen. Das soll alles mit einer Faustformel erschlagen werden?

Ich kann die Ungläubigkeit verstehen, denn es wäre ja zu schön um wahr zu sein, wenn einer alleine - dazu noch nicht vom Fach - bessere Arbeit leistet als die ganzen erfahrenen Profis... Und so weiter und so weiter...

So, Jojo, das ist ganz einfach: Hiermit starten wir einen Aufruf an alle, die bereits einen Grabenkollektor realisiert und zumindest den letzten Winter die niedrigsten Soletemperaturen aufgezeichnet haben. Bitte, liebe Ringgrabenkollektorbenutzer, rechnet mit Franks Tabelle nach, ob sie der Realität entspricht. Jede Rückmeldung ist willkommen, am besten zusammen mit einem Link auf den Thread, in dem der Graben geplant wurde (falls er hier betreut wurde).

Anhand der Ergebnisse kannst Du, Jojo, dann erkennen, ob die Faustformel reicht. Und vorher Bangemachen gilt nicht.

Viele Grüße,
crink

Ps: Die Bodentemperaturen werden an verschiedenen Orten in verschiedenen Tiefen gemessen. Beispiel Potsdam - Institut für Klimafolgenforschung. Hieraus lassen sich gewissen Vermutungen ableiten. Gerade während der Heizperiode spielt anscheinend die Sonneneinstrahlung keine so große Rolle wie der Wärmebeitrag durch Regen in den Boden. Und wenn Du viel Grundwasser in der Kollektorebene hast, bist Du eh aus dem Schneider und Dein Graben liefert mehr Energie als von Frank vorausgesagt.

Verfasser:
crink
Zeit: 08.09.2012 22:36:02
0
1759628
Zitat von RogerW Beitrag anzeigen
Danke für Eure tolle Arbeit. Könntet Ihr in der Berechnung auch noch die erforderliche Tauscherfläche (Rohrlänge, Anzahl Kreise, Durchmesser) mit angeben?

- Rohrlänge immer jeweils 300m pro Kreis (naja, in Spezialfällen auch mal etwas weniger, aber hier sind ja nicht die Spezialfälle Thema)
- Kreisanzahl = Wärmeleistung in kW / 3 und dann sinnvoll runden
- Durchmesser ist 32er Rohr, denn das ist leichter handhabbar als das 40er Rohr. Frank plant anscheinend noch eine Auslegung mit 25er Rohr, hat sich damit aber noch nicht an die Öffentlichkeit getraut...

Eigentlich ist mir die Berechnung des Rohrs zu einfach für die HTML-Seite, aber wenn es noch von anderen gewünscht wird kann ich das mit aufnehmen. Ist aber doch in den FAQ von MaJen mit drin, oder? Dann brauchen wir das hier eigentlich nicht.

Viele Grüße,
crink

Verfasser:
fdl1409
Zeit: 09.09.2012 09:27:30
0
1759668
Hallo Rosenow,

was wäre denn der Vorteil einer Excel-Tabelle gegenüber der von crink? Die ist doch schon prima so und ausbaufähig.

Was andere Auslegungen mit 25er Rohr angeht - das ist noch Zukunftsmusik und wird sicher noch ein paar Monate dauern. Habe in der Vergangenheit immer wieder mal eine Sole gesucht, die besser ist als Glykol. Bin jetzt fündig geworden, die beiden Kandidaten sind ohne Zeifel geeignet, werden auch schon für andere Zwecke genutzt, sind weniger toxisch ( lebensmitteltauglich ) und die Rohstoffe billig. Von den hydraulischen Eigenschaften steht diese Sole näher an Wasser als an Glykol. Damit könnte man tatsächlich noch bessere Auslegungen machen oder Material einsparen. Und die Gewichte der Ringbunde halbieren. An der Eignung gibt es keine Zweifel. Der entscheidende Punkt ist, ob es gelingt, einen Lieferanten zu finden, der das so liefert wie wir es brauchen ( als Konzentrat mit Möglichkeit zur Verdünnung mit Leitungswasser ) und in passenden Gebindegrößen. Hatte einen Erstkontakt mit einem Hersteller, der das könnte. Die liefern das Zeug sonst aber tankzugweise, passt also nicht ganz in deren Logistikkonzept. Werde natürlich berichten, wenn sich da was tut. Diese Sole wäre auch für Erdsonden sehr wichtig, denn ein hoher Prozentsatz von denen läuft laminar - typisch 2 Doppel-U-Sonden für 6-8 kW - und wären mit der anderen Sole turbulent.

Hallo crink,

sind noch ein paar Fehler drin.
Die Berechnung gilt nur in den Grenzen von 1-3m Grabenbreite und 1,25-3m mittlerer Rohrebene. In deinem Tool kann man auch 5m Tiefe angeben und kriegt damit unrealistisch hohe Bodentemperaturen. Die Ergebnisse stimmen nicht außerhalb der genannten Grenzen.
Auch die Norm-Aussentemperatur würde ich begrenzen auf -10 bs -20°, weil andere in Deutschland nicht vorkommen und Falscheingabemöglichkeiten nach Murphy immer genutzt werden.

Eine wünschenswerte Ergänzung wäre noch der umgekehrte Weg - Angabe der geplanten Grabenlänge und Berechnung der Temperatur, die damit zu erwarten ist.
Dazu müßte man angeben Grabenlänge Slinky und Grabenlänge gerade und die geraden Stücke umrechnen in Slinky-Strecke bei der angegebenen Breite.
Außerdem müßte noch die Abminderung rein für den sensiblen Bereich - Vereisung kriegt ja keine Abminderung. Die Abminderung kann der Bauherr auch in Metern angeben, muß er nach Anleitung selbst berechnen aus den Abständen. Z.B. 20m Grabenrand mit Abstand 2m gibt 4,0m Abminderung.

@Jojo_,

eine exakte Ermittlung der Bodentemperatur ist nicht möglich. Die hier berechneten Werte stellen eine aus meiner Sicht realitätsnahe Näherung dar. Wenn das mal um ein Grad abweicht ist das kein Drama. Unter dem Gefrierpunkt wird durch die Vereisung der weitere Abfall der Soletemperatur um den Faktor 3 oder mehr gedämpft. Ein Irrtum von 1° bei der Ausgangstemperatur ergibt beim Ergebnis, das in aller Regel ja unter 0° liegt, eine Abweichung von ca. 0,3°. Damit kann ich leben.
Sonneneinstrahlung spielt eine untergeordnete Rolle. Im Winter sowieso, da gibts nämlich kaum welche, und die wird auch noch oft durch Schnee abgefangen. Ich betrachte hier nur die Soletemperatur im Winter. Wenn die nicht unter z.B. -2° fällt dann ist der Graben im Rest des Jahres auf jeden Fall ausreichend.
Grundwasserströme sind auch keine Beeinträchtigung. Falls vorhanden kann sich das Ergebnis ändern - im Sinne einer Verbesserung. Bessere Werte als berechnet sind kein Problem, nehmen wir dankbar in Kauf. Die Grenzen der Auslegung werden durch die Minima bestimmt.

Diese Berechnung geht von einer Vielzahl von groben Annahmen aus. Zahlreiche Parameter, die das Endergebnis bestimmen, kann man vorher gar nicht exakt kennen, teilweise ändern sie sich sogar laufend. Als Beispiel nehmen wir nur mal die Bodendaten. Wer kann denn sagen, ob ein Lehmboden wirklich eine Wärmeleitfähigkeit von 1,5 W/mK hat und einen Wassergehalt von 28%? Es könnten auch 1,1 oder 2,0 sein und der Wassergehalt ändert sich laufend in Abhängigkeit vom Niederschlag und Verdunstung.

Eine exakte Berechnung ist also gar nicht möglich. Das gilt genauso z.B. für die Soletemperatur von Erdsonden oder den Heizenergieverbrauch eines Hauses. Da kannst du auch viel rechnen, die Ergebnisse werden erheblich streuen. Trotzdem kann man Prognosen für relevante Auslegungsdetails machen, z.B. die Heizlast. Ich kann sicher sagen, daß eine 6 kW Wärmepumpe ausreicht, der Verbrauch kann aber um 30% in beide Richtungen abweichen. Hier will ich nichts anderes als einen sicher ausreichenden Graben auszulegen. Wegen der erheblichen Trägheit, die ein solches System hat, sind ausreichend Reserven vorhanden, um auch einen 30% höheren Wärmebedarf abzudecken. Ich habe ja schon geschrieben, daß bei Spitzenlast und strengen Wintern die Soletemperaturen um 1K unter dem berechnet Wert liegen können. Dann sind wir immer noch weit entfernt von einer Funktionsunfähigkeit.

Es hat nicht viel Zweck, das jetzt stundenlang zu diskutieren. Was wir brauchen sind Berechnungen realer Anlagen und Vergleich mit den Ergebnissen.

Grüße
Frank

Verfasser:
Rosenow Dieser Benutzer hat eine rote Karte erhalten
Zeit: 09.09.2012 10:28:00
0
1759687
hallo
in einem anderen thread hat jemand ein Problem mit durch Vereisung angehobener Terrasse. Könntet Ihr dem vielleicht mal helfen ggf. mit der Berechnung einer "Vorwärmstufe" in Form eines in Reihe vorgeschalteten zusätzlichen Kollektors ? Das würde mir sinnvoller erscheinen als Degenkreuzen mit Crax

Verfasser:
Rosenow Dieser Benutzer hat eine rote Karte erhalten
Zeit: 09.09.2012 10:32:23
0
1759690
Zitat von fdl1409 Beitrag anzeigen
Hallo Rosenow,

was wäre denn der Vorteil einer Excel-Tabelle gegenüber der von crink? Die ist doch schon prima so und ausbaufähig.

na ja, würde halt gerne versuchen die Parameterauswirkungen zu sehen und zu wissen, wie es zu den Ergebnissen kommt.

Aktuelle Forenbeiträge
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Auslegungstabelle und Berechnungsanleitung für Grabenkollektoren
Verfasser:
Rosenow Dieser Benutzer hat eine rote Karte erhalten
Zeit: 09.09.2012 10:32:23
0
1759690
Zitat:
...
Hallo Rosenow,

was wäre denn der Vorteil einer Excel-Tabelle gegenüber der von crink? Die ist doch schon prima so und ausbaufähig.

na ja, würde halt gerne versuchen die Parameterauswirkungen zu sehen und zu wissen, wie es zu den Ergebnissen kommt.
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