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TU Berlin

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Rechenmodell

Zur Bestimmung des erreichbaren Wärmeertrages wurde ein Rechenmodell des UGGW  entwickelt. Die Wärmequelle in diesem Modell ist die im Gebirge enthaltene Wärmeenergie; das heißt die um das Wärmetauscherrohr liegenden Gebirgsschichten werden ausgekühlt und die entnommene Wärme dem WTF zugeführt. Das Gebirge wird dabei durch Hohlzylinder dargestellt ("Zwiebelschalen", s.u.), welche die Verrohrung und die Zementation umgeben und deren Mächtigkeit ("Wandstärke") mit zunehmendem Abstand vom Wärmetauscherrohr zunimmt. Es wird somit ein zylindrischer Gebirgskörper mit einem Durchmesser von etwa 240 m berücksichtigt. Ein Wärmenachfluss aus weiter entfernten oder tieferlie-genden Gebirgsschichten sowie eine allfällige Wärmeproduktion aufgrund von radioaktivem Zerfall wird nicht in die Berechnungen einbezogen. Die Berechnung erfolgt in Zeitschritten, wobei ein Zeitschritt aus zwei aufeinanderfolgenden Rechenschritten besteht:

Im ersten Rechendurchgang wird für alle Schichten der Wärmetransport zwischen je zwei Schichten aufgrund der Temperaturdifferenz berechnet. Als zweiter Schritt wird aus dem resultierenden Wärmefluss die Auskühlung (bzw. Erwärmung im Steigrohr) der einzelnen Gebirgsschichten bestimmt. Der Wärmeübergangskoeffizient von der Verrohrung auf das WTF wird mit Hilfe der Nußelt-Zahl aufgrund der Eigenschaften der Verrohrung sowie des WTF berechnet [Cerbe et al., 1999]. In das Rechenmodell wird der gesamte untertägige Kreislauf inklusive Fallrohr und Steigrohr einbezogen. Die übertägige Energieumwandlung wird nicht berücksichtigt, die Eintrittstemperatur in den untertägigen Wärmetauscher wird vorgegeben.

Mit Hilfe dieses Rechenmodells ist es möglich, den Energieertrag des UGGW  bei Variation verschiedener Parameter wie der Geometrie des Wärmetauschers (unter anderem: Teufe, laterale Erstreckung, Innendurchmesser und Wandstärke der Ver-rohrung), der Gebirgseigenschaften und der Eintrittstemperatur zu bestimmen.

Schematische Darstellung des Rechenmodells

Lupe

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