Erdbohrung Temperatursensoren(WG) in Sonde

[hartwigm]

Hallo,

ich plane eine Erdbohrung mit Regeneration. So soll im Sommer überschüssige Energie durch den Kühlbetrieb in die Bohrung fliessen.

Mein Energieberater hat mir vorgeschlagen, in die Sonde im Abstand von 15m einen Temperatursensor mit einzubauen?

Hat jemand von Euch das schon gemacht?

Würde mich interessieren, falls es da schon Erfahrungswerte gibt.

[StefanW]

Hallo Hartwig,

es gab mal eine Anfrage - ich glaube hier über das Forum - mit einem Fühler am Ende einer über 150 m langen Sonde. Wir haben damals gesagt: Ausprobieren.

Was draus geworden ist weiß ich nicht.

glg

Stefan

[hartwigm]

Hallo Stefan,

nah dann wird es jetzt mal einer probieren und berichten.

Bei mir steht in den nächsten Wochen eine 147m Bohrung an.

Ich würde auf

147m
120m
100m
80m
60m
40m
30m
20m
10m
5m

eine Temperatursensor anhängen und das Ganze dann an einen Busmaster ans WG hängen.


Dazu würde ich 10x den Hulsenfühler verbauen. Kabellänge bis ins Haus ca. 170m

Muss ich da aus deiner Erfahrung heraus auf irgendwas achten, oder "einfach die 10 Fühler" mit geeignetem Kabel (was immer das für diese Anwendung sein sollte, Tipps erwünscht) verbinden und ans WG!

[JuMi2006]

Ich wollte das damals testen, hab's aber zeitlich nicht mehr geschafft.

Bin mal gespannt wie es bei Dir wird.

[Gringo885]

Hallo,

sag mal Hartwig wie bastelst du denn die Kette zusammen ? Also was ist Träger bzw. Schutzmedium ?

Wäre genau das was ich auch machen würden, bzw. werden, wenn wir mal auf Erdwärme umsteigen...



Gruß

Gringo

[StefanW]

Hallo Hartwig,

hinsichtlich der Entfernungen ist das schon eine Herausforderung für 1-Wire. Die von uns vorgegebene Empfehlung lautet ja 20 Sensoren auf 100 m, in Deinem Fall wären es 10 Sensoren auf 170 m. Das ist schon ein wenig grenzwertig.

Meine Empfehlung wäre:

• mehrere 1-Wire Busse, z.B. die Sensoren auf 2 oder 3 Busse über die gesamte Länge aufteilen, also den in 147m auf den ersten Bus, den in 120m auf den zweiten, den in 100m auf den dritten und dann den in 80m wieder auf den ersten. Hat den Vorteil dass bei Undichtigkeiten der Löt- / Klemmstellen nur ein Strang ausfällt. Und die kapazitive Last ist durch die geringere Anzahl der Sensoren geringer.
• Alle Sensoren parasitär betreiben, also mit lokaler Brücke VDD-GND direkt am Sensor, damit haben wir eine bessere Wirkung der TP-Leitung.
• Eine entsprechendes Ölflex-Kabel, z.b. 4x2x0,8 für vier Busse. Geschirmt natürlich (aber Schirm nicht auflegen).
• Vorher hinsichtlich der Längen ausprobieren.
• Klemm- / Lötstellen sehr sorgfältig ausführen und dichten.

Interessantes Projekt


Makki wird sicher auch noch was beitragen...



Stefan

[Speed130]

Kritische Nachfrage

Hallo zusammen,

ich stelle mal die kritische Frage nach dem Zweck der Sensoren in der Bohrung / Soleleitung. Ich habe seit mehr als fünf Jahren eine Wärmepumpe mit Erdwärmesonden (2x je 50m) einschließlich Wärmetauscher zur Rückgewinnung in Betrieb. Die Wärmepumpe hat Temperatursensoren im Vor- und Rücklauf der Soleleitung und zeigt die zugehörigen Temperaturen im Display bei Bedarf an. Bei der hier beschriebenen Idee sehe ich folgende Probleme hinsichtlich der Messergebnisse, speziell wie die Messwerte zu interpretieren sind.

• Je Bohrung wurden bei mir 4 Stück PE-Rohrleitungen mit DN 40mm "in Reihe" geschaltet. Es sind insgesamt zwei Bohrungen vorhanden. Selbst bei einer Bohrung mit größerer Tiefe stellt sich die Frage, in welche der Leitungen die Sensoren anzuordnen sind.
• Die Sensoren ermitteln die Temperaturen des umgebenden Erdreiches nur wenn im Solekreislauf kein Durchfluss erfolgt. Sobald die Pumpe im Solekreislauf für Durchfluss sorgt, übermitteln die Sensoren die Temperatur des umströmenden Mediums. Es ist anzunehmen, dass in diesem Fall (Durchströmung) alle Sensoren ähnliche Messwerte mit geringen Abweichungen ermitteln. Die thermische Kapazität der Sensoren ist um Größenordnungen kleiner als die des Mediums in der Soleleitung und / oder des umgebenden Erdreiches.
• Die für die Sensoren notwendigen Kabel verringern den nutzbaren Querschnitt der Soleleitung und damit die Wärmemenge die der Quelle entnommen werden kann, die Effektivität der WP wird verringert.
• Chemische Langzeitstabilität der Sensoren, Kabel, Verbindungen und Isolierungen gegenüber dem Medium im Solekreislauf.
• Entkopplung der elektrischen Verbindungen aus dem Solekreislauf, Dichtigkeit und Druckstabilität. Wo erfolgt die Entkopplung? Restriktionen hinsichtlich Ventilen und Verbindern in der Soleleitung.

Ich persönlich halte eine solche Lösung für ein (mittel- und langfristiges) Betriebsrisiko. Der Nutzen der ermittelten Messwerte ist in Frage zu stellen. Hinsichlich Wärememengenberechnung ist die Differenztemperatur zwischen Zulauf und Rücklauf sowie das Volumen ausreichend. Diese Messwerte können mit industriell erprobten Sensorlösungen erfasst werden bzw. werden bereits durch die WP erfasst und verarbeitet.

Mit freundlichen Grüßen

Mirko

[hartwigm]

Hi Speed,

danke für die konstruktive Kritik!

Ich werde mal zunächst mit dem Bohrunternehmen sprechen inwiefern dort ein Risiko hinsichtlich der Bohrung an sich gesehen wird.

Wir habe bei meinem Bauvorhaben eine Geologie welche bis zu 200m keine Wasserführenden Schichten haben sollte, insofern wurde mir empfohlen überflüssige Wärme in die Bohrung zu schicken, um dort eine Speicherfunktion zu realiseren.

Um den Erfolg dieser Massnahme überwachen zu können wäre es schön die Temperaturwerte zu protokollieren und zu überwachen. Das Delta zwischen Vor -und Rücklauf hilft mir da nicht.

Wenn mir hier nach 5 Jahren ein Sensor verloren geht, was solls...

Was ich natürlich nicht haben will, ist dass diese Maßnahme die Effizient der Bohrung in irgendeiner Art und Weise beeinträchtigt! Insofern erste Aktion Gespräch mit Bohrfirma!

[Gringo885]

Hallo, also ich glaube ihr redet ein wenig aneinander vorbei, oder ich habs anders verstanden ^^

Also ich denke du willst die Sensoren Parallel zu den Soleleitungen verlegen oder ? Dann denke ich sollte sich ein Großteil der Bedenken von Speed130 in Luft auflösen. Die Idee finde ich interessant würde ich auch so machen wenn wir mal auf Erdwärme umsteigen ... und seis nur zu Info... . Ansonsten musst du mal gucken ob du evtl. Durchflussgeschwindigkeit anhand des Temperaturgradienten regeln kannst. Ist zwar nur ne spontane Idee und ich weiß nicht inwiefern die WP wechselnde Volumina mag aber vlt lässt sich dadurch die Effizienz steigern ...

Wenn die Temp Sensoren IN die Soleleitung sollen, würde ich das lieber nicht machen. Dann hat Speed130 recht.

Die Bohrungsleute sollte das eigentlich nicht stören, aber ich weiß nicht wie und mit was die verfüllen, wenn die das Loch mit Druck zupumpen, dann wäre das größte Risiko das das deine Leitung nicht aushält.


Idee: teuer aber sicher am Flexibelsten. leg parallel ne starres Kupferoder Alurohr mit runter. Unten dicht. Sensoren da rein und dann verfüllen... Wasser / Glykol, oder sogar ÖL, je nachdem was die Sensoren am wenigsten schädigt. Du kannst die Sensoren austauschen und hast exakte Werte ...
und das Verfüllen überlebts auch ^^


Gruß

Gringo

[MarcusF]

Ich halte den Aufwand für überflüssig. Entscheidend für den Betrieb der WP sind die Soleeingangs- und Ausgangstemperaturen, und die hat man ohnehin. Es mag zwar die eigene Neugier befriedigen, wenn man die Temperaturen in der Bohrung kennt, aber was soll man mit dem Wissen anfangen? Ändern kann man eh nichts.

Die Kühlfunktion der WP ist ganz nett, die paar kWh an Wärme, die man da aber ins Bohrloch pumpt, spielen keine Rolle. Regenerieren wird sich die Sonde in den paar Wochen Kühlbetrieb nicht nennenswert. Das merk ja nichtmal ich mit meinem Flachkollektor.

Marcus

[makki]

Für "sicher" halte ich die Idee mit den zwei Strängen. Fällt wirklich mal einer aus, verliert man nur Auflösung..

Die 170m sind mit dem USB-BM nicht das Problem wenn der Bus absolut sauber (! keine Abzweige etc.) ist. Die 100m sind eine Faustregel, um es einfacher erklären zu können (Stern, ...), kein Gesetz oder "darf nicht"


Mirko & Marcus mag ich nur kurz mitgeben: natürlich kann man hoffen und beten, das der GWS-Mensch alles richtig macht und die WP-Regelung hoffentlich die beste der Welt ist und so funzt wie man will..

Die Realität hat mich jedoch was anderes gelehrt: messen&wissen ist besser als glauben&hoffen!

Makki

[Speed130]

Messwerte

Die Überwachung einer technischen Einrichtung, in diesem Fall des Systems Wärmepumpe ist wichtig und notwendig, da gibt es keinen Zweifel. Das möchte ich mit meinem Beitrag auch nicht in Frage stellen. Ebenso die eigene Überprüfung der WP-Konfiguration die initial durch den Heizung- / Sanitärhandwerker durchgeführt wurde. Dazu gehört auch, wenn durch den Bauherrn leistbar, die mittel- und langfristige schrittweise Optimierung der WP-Konfiguration.

Für die im ersten Beitrag dieses Thread angedachte Sensorik in der Erdwärmesonde wird sich sicherlich mit geeigneten technischen Mitteln und damit auch Geld eine Lösung finden lassen, die langfristig stabil funktionieren wird.

Aber nochmals die kritische Anregung zum Nachdenken, was fange ich mit den Messwerten an und wie interpretiere ich sie? Durch Marcus wurde bereits die Frage formuliert, wie ist das zeitliche Verhältnis zwischen Nutzung der Sonde als Wärmequelle und Nutzung der Sonde als Wärmesenke. Es ist davon auszugehen, dass die WP auch im Sommer für die Bereitung von Warmwasser genutzt wird. Das thermische Verhalten von Erdwärmesonden ist als komplex einzustufen, die Interpretation der Messwerte wird meiner Meinung nach sehr schwierig. Welches Temperaturdelta ergibt sich an den einzelnen Sensoren, wenn für einige Stunden die Sonde als Wärmesenke betrieben wird?

Zur Thematik gibt es einige sehr interessante wissenschaftliche Beiträge.

OPUS - Zur thermischen Modellierung von Erdwrmesonden und Erdsonden-Wrmespeichern - Bauer, Dan

http://e-collection.library.ethz.ch/...h-29225-02.pdf

http://www.geophysica.de/Referenzen/...taghy_2009.pdf

[makki]

Die Überwachung einer technischen Einrichtung, in diesem Fall des Systems Wärmepumpe ist wichtig und notwendig, da gibt es keinen Zweifel.

Gut das kam Stellenweise anders rüber ("die WP macht das schon" - nein, sie ist erstmal schlecht bis das Gegenteil bewiesen ist behaupte ich nämlich.. ich hab selbst eine..)

Für die im ersten Beitrag dieses Thread angedachte Sensorik in der Erdwärmesonde wird sich sicherlich mit geeigneten technischen Mitteln und damit auch Geld

Ähm wir reden von 1- max. 10 EUR pro Sensor, der Vorteil von 1-Wire

Aber nochmals die kritische Anregung zum Nachdenken, was fange ich mit den Messwerten an und wie interpretiere ich sie?

Das muss man selbst tun, ganz klar! Ob und welche Schlüsse man daraus zieht, ist ein ganz anderes Thema. Ich konnte damit drastische Ineffizienz meiner WP nachweisen (so ist WG entstanden..)
Mir ging es nur darum, darauf hinzuweisen das das allemal besser ist etwas zu messen als zu glauben das es "schon passen wird"..

Makki

[MarcusF]

Mirko & Marcus mag ich nur kurz mitgeben: natürlich kann man hoffen und beten, das der GWS-Mensch alles richtig macht und die WP-Regelung hoffentlich die beste der Welt ist und so funzt wie man will..

Die Realität hat mich jedoch was anderes gelehrt: messen&wissen ist besser als glauben&hoffen!

Das stimmt schon. Ich stelle nur den Aufwand zum Sammeln irrelevanter Informationen in Frage. Die Temperaturen im Bohrloch nutzen ohne die Kenntnis der dort vorhandenen Wärmeströmungen, Wärmekapazitäten des Gesteins und des Wärmewiderstands zwischen Gestein und Sonde genau gar nichts für die Regelung der Wärmepumpe. Die interessiert eigentlich nur, was hinten rauskommt: Nämlich die Soletemperatur.

Wenn man das Geld für die Sensorik stattdessen für ein paar zusätzliche Bohrmeter ausgibt hat man auf lange Sicht mehr davon. Niedrigere Sondenbelastung pro Meter, höhere Quellentemperaturen, höherer COP.

Es gibt übrigens auch Wärmepumpen mit funktionierenden Regelungen

Marcus

[Robert]

Als jemand der auch eine Sole-WP hat (nebenbei auch mit Kühlfunktion) stimme ich Markus voll zu. Kauf dir lieber 2 Bohrmeter mehr als in unnütze Sensoren Geld und Zeit zu investieren (bzw. guck das die Leute wirklich den ganzen vorkonfektionierten Schlauch reinstecken und nicht was erzählen von wegen Bohrloch zugefallen und 2m verschenken).

Die Onewire-Daten-Sammelwut amüsiert mich mittlerweile - demnächst fangen die Leute an jede ihrer Lampen per Onewire-Temperatur-Sensoren zu überwachen. Kinder werden mit Onewire-verkabelt, die 30 Blumenpötte im Haus mit Feuchtigkeitssensoren ausgestattet und die Frau muss sich per iButton auf dem Klo für das Licht authentifizieren.

Viele Grüße
Robert