12 | 12 | 2019

Revision von ausgebauten Erdwärmesonden

Eine Revision an ausgebauten Erdwärmesonden überprüft, ob die Erdwärmesonde mit der eingebrachten Hinterfüllung intakt und unmittelbar an das Gebirge angebunden ist.

temperaturprofilmessung

Die Hinterfüllung aus einer Zement-Bentonit-Mischung dichtet den Hohlraum zwischen Sonden-U-Rohre und umgebendem Untergrund – den Ringraum – ab. Die Hinterfüllung innerhalb einer Erdwärmesonde hat zwei wesentliche Funktionen:

  1. sie überträgt als Wärmeträgermedium die Wärmeenergie aus dem Untergrund in die Wärmeträgerflüssigkeit in die Sonden
  2. sie verhindert durch ihre abdichtende Wirkung Grundwasserumläufigkeiten, d.h. unterbindet den Kurzschluss zwischen zwei hydraulisch getrennt bestehenden Grundwasserleitern.

Für beide Aufgaben ist zwingend vorauszusetzen, dass die Hinterfüllung keine Wasserwegsamkeit aufweist, durchgehend vorhanden und lückenlos an das durchteufte Gebirge angebunden ist.

Kriterien für funktionsrelevante Fehlstellen in der Hinterfüllung sind:

  • zwei durch eine EWS miteinander verbundene Grundwasserstockwerke (Hydraulischer Kurzschluss)
  • neue Wasserwegsamkeiten im Gebirge, die zu Schadstoffausbreitung im Grundwasser, Trockenfallen von Quellen, Setzungen und anderen geotechnischen Folgeerscheinungen führen
  • Beeinträchtigung der Effizienz einer Erdwärmesonde wegen ungenügender Anbindung an das Gebirge und damit verminderter Wärmeübertragung

Durch die Kombination ergänzender Messverfahren kann die Qualität der Hinterfüllung einer Erdwärmesonde beurteilt werden:

  • Ruhe-Temperaturprofil-Messungen: liefern - über die Vertikale aufgelöst -  Untergrundtemperaturen über die gesamte Sondentiefe
  • Kurz-TRT kombiniert mit Temperaturprofilen: Multitemporale Temperaturprofilmessungen nach einer kurzen, intensiven Aufheizung der Zementation veranschaulichen in Form von Temperaturantworten die Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit der an die U-Rohrsonden angrenzenden Matrix- im besten Fall natürlich die der Hinterfüllung.
  • Gamma-Gamma-Dichte-Anomalie-Messung: erlaubt Rückschlüsse auf die Vollständigkeit, Dichteanomalien bzw. Homogenität der Zementation im Ringraum  
  • Vertikalität-Messung: Qualität der Bohrung

Mit dem in Erdwärmesonden oftmals durchgeführten Thermal ResponseTest (TRT) erhält man Informationen, über die in der Gesamtlänge der Erdwärmesonde gemittelte Wärmeleitfähigkeit des Untergrundes. Diese Daten liefern wertvolle Informationen für die Planung und Auslegung einer Erdwämesondenanlage. Über die Qualität der Hinterfüllung kann dagegen keine belastbare Aussage getroffen werden. Der TRT liefert jedoch erste Indizien auf Anomalien in der Zementation, wenn die Wärmeentzugsleistung nicht den Erwartungen entspricht.