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Informationen über diese Applikation

Diese Applikation unterstützt die Planung oberflächennaher geothermischer Anlagen. Es können geothermisch relevante Parameter, und mögliche rechtliche Einschränkungen und Hinweise abgefragt werden. Außerdem können standortspezifisch Berechnungen in Bezug auf die gewünschte Dimensionierung der geothermischen Anlage durchgeführt werden. Die der Applikation zugrunde liegenden Daten wurden im Rahmen des Green Energy Lab - Spatial Energy Planning Projekts erstellt. Nähere Informationen über dieses Projekt finden Sie unter{' '} https://www.waermeplanung.at. Die Untersuchungsgebiete des Projekts umfassen Wien, den Dauersiedlungsraum Salzburg und ausgewählte Gebiete in der Steiermark. Diese Applikation beschränkt sich ausschließlich auf Wien.

Zusatzinfo über interaktive Sondenfeldberechnung

Das Programm berechnet die mögliche Leistung und Energie, die aus dem vorgegebenen Sondenfeld gewonnen werden kann. Dabei wird die Geometrie des Sondenfeldes (Lage, Tiefe, Sondenabstand) vom Benutzer interaktiv vorgegeben. Für dieses Sondenfeld wird zuerst die g-Funktion berechnet und danach das maximale Potenzial (Leistung und Jahresenergie) ermittelt. Das ermittelte Potenzial berücksichtigt die Betriebsweise (siehe unten) und ist auf die Grenzwerte der mittleren Fluidtemperturen ausgelegt. Im Heizbetrieb werden -1.5 °C nicht unterschritten und im Kühlbetrieb werden 28 °C nicht überschritten. Die Betriebsweise wird vereinfacht in vier Phasen pro Jahr unterteilt: Heizbetrieb – Stillstand – Kühlbetrieb - Stillstand.

Betriebsweise

Die Betriebsfunktion kann durch Angabe der gebäudeseitigen Heiz- und Kühlleistung sowie der Jahresbetriebsstunden für Heizen und Kühlen vorgegeben werden. In diesem Fall wird die erzielbare Sondenleistung für das benutzerdefinierte Sondenfeld so ermittelt, dass das Leistungsverhältnis zwischen Heizen und Kühlen eingehalten wird. Es kann auch ein reiner Heiz- bzw. Kühlbetrieb vorgegeben werden. Bei der benutzerdefinierten Betriebsweise wird auch ein Deckungsgrad berechnet, der angibt wieviel Prozent des angegebenen Bedarfs durch das vorgegebene Sondenfeld abgedeckt werden kann. Wird die Betriebsfunktion nicht durch den Benutzer vorgegeben, so wird mit einem Normbetrieb gerechnet. Dabei werden die Jahresbetriebsstunden für Heizen und Kühlen aus der standortbezogenen Bodentemperatur für ein typisches Wohnhaus herangezogen. Die mittlere Oberflächentemperatur des Bodens wird dabei aus den Ressourcenkarten für den Standort abgefragt. Ein Deckungsgrad wird hier nicht ausgegeben. Ist die Jahresenergiebilanz des Sondenfeldes nicht ausgeglichen (mit einer Toleranz von +/- 10 %) wird zusätzlich die Betriebsweise „saisonaler Speicherbetrieb“ gerechnet. Wenn der Wärmeentzug überwiegt, wird automatisch eine Zusatzquelle verwendet, welche die Bilanz mit dem zusätzlichen Wärmeeintrag ausgleicht. Wenn der Wärmeeintrag überwiegt, wird automatisch eine Zusatzsenke zur Betriebsfunktion hinzugefügt, welche die Bilanz mit einem zusätzlichen Wärmeentzug ausgleicht. Dabei wird angegeben, um wieviel Prozent die Leistungsfähigkeit des Sondenfeldes im Speicherbetrieb gesteigert werden kann. Ist der gegenseitige Sondenabstand größer als 6 m wird ein Hinweis ausgegeben, dass der gegenseitige Sondenabstand auf 5 m reduziert werden kann. Die mittlere Wärmeleitfähigkeit und die mittlere Untergrundtemperatur von 0 bis 100 m Tiefe werden aus den Ressourcenkarten für das ausgewählte Grundstück übernommen und fließen in die Berechnung ein. Ist die Vorgabe der Sondentiefe größer als 100 m, so wird die Untergrundtemperatur mit einem Gradienten von 0.03 °C pro Meter mit der Tiefe erhöht. Zusätzlich wird eine Grafik mit der Entwicklung der mittleren Fluidtemperatur in Zusammenhang mit der berechneten Betriebsfunktion ausgegeben.

Zusätzliche Parameter für die Berechnung

Die folgenden Parameter werden für alle Simulationen verwendet und können nicht durch eine Eingabe verändert werden.



Simulationsjahre: 20 Jahre

Volumetrische Wärmekapazität des Erdreichs: 2.2 MJ/m³/K

Sondenkopf Überdeckung: 1 m

Bohrradius: 0.075 m

Sondentyp: Duplex 32 mm, 0.04 m Rohrabstand

Wärmeträgermedium: Ethanol 12 %

Massenstrom pro Sonde: 0.4 kg/s

Wärmeleitfähigkeit der Verpressung: 2 W/m/K

Grenztemperaturen

Minimale mittlere Fluidtemperatur am Ende der Heizsaison: -1.5 °C

Maximale mittlere Fluidtemperatur am Ende der Kühlsaison: 28 °C



Das Sondenfeld wird im Heizbetrieb auf die minimale Grenztemperatur ausgelegt, im Kühlbetrieb auf die maximale Grenztemperatur.

Leistungszahlen

Folgende Leistungszahlen der Wärmepumpe im Heiz- und Kühlbetrieb werden berücksichtigt:

COP
Leistungszahl der Wärmepumpe im Heizbetrieb (Coefficient of Performance): Die Leistungszahl für Heizen (COP) wird soleseitig immer auf die untere Grenztemperatur der Erdwärmesonden (Vorlauf -3 / Rücklauf 0 °C) ausgelegt. Wasserseitig wird zur Berechnung des COP die vorgegebene Heizungs-Vorlauftemperatur verwendet, welche ohne Nutzereingabe auf 35 °C voreingestellt ist. Diese Leistungszahl gilt also für den Extremfall, wenn die Fluidtemperatur der Sonden den unteren Grenzwert erreicht haben (in der Regel am Ende der Heizsaison nach 20 Betriebsjahren).
JAZ
Jahresarbeitszahl oder saisonale Leistungszahl der Wärmepumpe im Heizbetrieb: Die Berechnung der Jahresarbeitszahl im Heizbetrieb (JAZ) berücksichtigt die Sole-Fluidtemperaturen jeder Betriebsstunde im Jahr, berechnet den COP und bildet daraus den Mittelwert über alle Betriebsstunden.
EER
Leistungszahl der Wärmepumpe im Kühlbetrieb (Energy Efficiency Rating): Die Leistungszahl für Kühlen (EER) ist statisch auf eine Fluidtemperatur von 18 °C auf der kalten Seite (gebäudeseitig) und 30 °C auf der warmen Seite ausgelegt (erdseitig).
SEER
Saisonale Leistungszahl der Wärmepumpe im Kühlbetrieb (Seasonal Energy Efficiency Rating): Die Berechnung der saisonalen Leistungszahl im Kühlbetrieb (SEER) berücksichtigt die berechneten Fluid-Temperaturen aller Kühlbetriebsstunden, insbesondere werden Fluidtemperaturen unterhalb 18 °C für die freie Kühlung ohne Wärmepumpe berücksichtigt. Ohne Wärmepumpe ist die Kühlung besonders effizient, daher wird für die Betriebsstunden mit freier Kühlung pauschal ein EER-Wert von 20 angenommen. Die Berechnungsformel basiert auf Messwerte verschiedener Betriebspunkte einer realen Sole-Wasser Wärmepumpe in der Klimakammer und wurde im FFG Projekt ZWEIFELDSPEICHER ermittelt.

Verwendete 3rd-Party Software

Die Berechnungen für Erdwärmesonden werden mit dem Python-Modul pygfunction durchgeführt (siehe{' '} https://pypi.org/project/pygfunction/ ).

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