Steigerung der Effizienz von Erdwärmesonden durch Luftinjektion an Standorten ohne Grundwasserströmung

Zur Nutzung der oberflächennahen Geothermie stehen geschlossene und offene Systeme zur Verfügung. In geschlossenen Systemen wird bei Fehlen einer Grundwasserströmung die Wärme im Boden durch Wärmeleitung transportiert. Dieses ist ein langsamer Vorgang und schränkt die Entzugsleistung von Erdwärmeanlagen ein. Es wird eine patentierte Methode vorgestellt, in der ein geschlossenes Erdwärmesystem mit Grundwasserzirkulationsverfahren kombiniert wird. Dadurch wird eine Zirkulationsströmung künstlich in Gang gesetzt, die zur Erhöhung des konvektiven Wärmetransports und der Leistung der Erdwärmeanlage führt. In diesem Beitrag wird eine mit Luftinjektionsbrunnen kombinierte Erdwärmesonde dreidimensional numerisch abgebildet. Die durch Luftinjektion erzeugte Grundwasserzirkulation sowie die Wärmeausbreitung im Boden werden sequenziell simuliert. Die Entzugsleistung dieser Anlage wird mit der einer üblichen Erdwärmeanlage verglichen. Weiterhin werden Variationsberechnungen durchgeführt, um den Einfluss der Dichte des Wasser- Luft-Gemisches im Brunnen, der Wärmeleitfähigkeit und der Durchlässigkeit des Bodens zu untersuchen. Eine Wirtschaftlichkeitsanalyse vervollständigt diesen Beitrag.