Simulationssoftware zur Bemessung von Erdspeichersystemen

Ein wesentlicher Schwerpunkt des Projekts war die Entwicklung eines präzisen Simulationstools für die Dimensionierung von Erdspeichersystemen, wie z. B. eTank oder Erdwärmekörben. Dieses Tool soll die komplexen Energieströme im Erdreich unter Berücksichtigung der Bodenbeschaffenheit sowie verschiedener Beladearten und Beladerhythmen abbilden und berechnen können.

Im Zuge der Forschung wurde mithilfe numerischer Simulationen auch die langfristige Entwicklung des wärmespeichernden Erdreichs untersucht. Hierzu wurde ein digitales Modell für Erdwärmespeicher entwickelt, das zeitliche und thermische Unterschiede in der Wärmezufuhr analysiert und darstellt. Diese Berechnungen erfolgen nicht nur in monatlichen, sondern auch in kürzeren Intervallen, um eine zeitnahe Auswertung zu ermöglichen.

Die Ergebnisse dieser Software bilden eine wichtige Grundlage für die Entwicklung von Regelstrategien für Smart-Grid-fähige Wärmepumpen. Ziel ist es, Stromspitzen und -täler im Smart Grid auszugleichen. Die Simulation berücksichtigt dazu stundenweise Klimadaten sowie die entsprechende zugeführte oder entzogene Wärmemenge auf den relevanten Temperaturniveaus. Die genaue Simulation ermöglicht eine präzise Dimensionierung der Erdspeichersysteme und hilft, Überdimensionierungen zu vermeiden. Zudem erlaubt sie die Identifikation optimaler Geometrien und Beladestrategien, um einerseits überschüssige Solarthermie aus den Sommermonaten in die Winterperiode zu übertragen und andererseits eine passive Kühlung im Sommer zu gewährleisten. Das thermische Verhalten von geothermischen Systemen, einschließlich des eTanks, lässt sich mit der entwickelten Software präzise beschreiben.

Seit Juni 2017 sind Teile der Software über die Firma Vela Solaris erhältlich (www.velasolaris.com) und wurden in die Software Polysun integriert. Polysun ist eine staatlich anerkannte Software, die als Grundlage für die Beantragung von Fördermitteln auf Bundes- und Landesebene für energetische Maßnahmen dient, wie z. B. Effizienzsteigerungen, Pufferspeicher oder solarthermische Anlagen.