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K. Mirchev:
"Thermische Simulation von Flächenabsorbern bei Erdwärmegewinnung";
Supervisor: V. Ostermann, D. Adam; Institut für Geotechnik, Forschungsbereich Grundbau, Boden- und Felsmechanik, 2013; final examination: 2013.

This study examines the possibility of the heating needs of a household to be procured with the area collectors using the geothermal energy. The absorber surface should be situated in the uppermost layers of the soil. They are using the shallow geothermal energy, which is significantly influenced by the soil properties as well as of the climate parameters. On the one hand the study is exploring the influence of climate conditions, such as climate region and related outdoor air temperature and solar radiation, and on the other hand the types of soil with their geotechnical parameters on the extraction rate of a geothermal system. The pipe system, which is the recovery loop, consists mainly of PVC pipes with the corresponding material properties, geometry, and transfer types. It also provides an overview of the different types of heat pumps and their functions and way of working.

The numerical model examinations have the aim to determine the target how much thermal energy can be obtained from the model base, the various applications, as well as whether this thermal energy is sufficient and can be used for the partial or full road heating and building heating. The thermal soil parameters are already known from previous studies, and can be adopted. In the research are investigated the parameters of the pipe as pipe temperature, thermal conductivity coefficient and tube diameter. Based upon the previous the variation of different model geometry and number of collectors is examined. These investigations deduce important qualitative and quantitative relationships in the area of geothermal energy absorbers.

Diese Studie untersucht die Möglichkeit den Wärmebedarf eines Haushalts, mit von Flächenkollektoren entzogener Erdwärmenergie, zu besorgen. Die Flächenabsorber werden in den obersten Schichten des Erdreichs verlegt. Sie nutzen die oberflächennahe Geothermie, die wesentlich von den Bodeneigenschaften als auch von den Klimaparametern beeinflusst wird. Untersucht wird einerseits der Einfluss der klimatischen Umständen, wie der Klimaregion und der damit zusammenhängenden Außenlufttemperatur sowie Sonnenstrahlung, und andererseits der Bodenarten mit deren geotechnischen Parametern auf die Entzugsleistung einer Erdwärmeanlage. Das Rohrsystem, das den Gewinnungskreislauf darstellt, besteht überwiegend aus PVC Rohren mit den entsprechenden Materialeigenschaften, Geometrie und Verlegungsarten. Es wird zudem ein Überblick über die verschiedenen Arten von Wärmepumpen und deren Funktionsweise gegeben.

Die numerische Modelluntersuchung hat das Ziel zu ermitteln, wie viel thermische Energie aus dem Modellboden gewonnen werden kann, die verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten, sowie ob diese thermische Energie für die teilweise oder volle Straßen- bzw. Gebäudeheizung ausreichend ist. Die wärmetechnischen Bodenparameter sind schon aus bisherigen Untersuchungen bekannt und können übernommen werden. Im Modell werden dann die Modellparameter des Rohres wie Rohrtemperatur, Wärmedurchlasskoeffizient und Rohrdurchmesser untersucht. Basierend darauf wird danach die Variation verschiedener Modellgeometrie und Kollektoranzahl untersucht. Dabei liefern diese Untersuchungen wichtige qualitative und quantitative Zusammenhänge bei der geothermischen Nutzung von Flächenabsorbern.

Geothermie