22 | 10 | 2019

K-TRT zeigt Grundwasser im Nahbereich einer Erdwärmesonde bei nicht intakter Hinterfüllung an

Der Grundwassereinfluss auf eine Erdwärmesonde wird mit dem K-TRT nachgewiesen

Ein modifizierter Thermal-Response-Test überprüft, ob Grundwasser im Nahbereich einer Erdwärmesonde durch eine intakte Hinterfüllung abgesperrt wird. Es handelt sich dabei um einen zeitlich stark verkürzten Thermal Response Test (TRT), sprich Kurz-Thermal-Response-Test - auch  K-TRT - genannt.

k-trt ohne anomalie

k-trt prinzipskizze

Beim K-TRT wird in einem der U-Rohre der Erdwärmesonde auf ca. 30°C erwärmtes Wasser zirkuliert und die Hinterfüllung der Erdwärmesonde erwärmt. Liegt eine vollständige Hinterfüllung vor und besteht kein unmittelbarer Grundwasserkontakt durch die thermisch abschirmend wirkende intakte Hinterfüllung, ist eine weitgehend gleichmäßige homogene Aufwärmung an Hand von Temperaturprofilmessungen im zweiten U-Rohr zu beobachten. Lediglich die Lageveränderungen der U-Sonden-Rohre untereinander beeinflussen während der Aufheizphase und zu Beginn der Abkühlphase die multitemporalen Temperaturprofile.

Die linke Abbildung zeigt den idealtypischen Temperaturverlauf des K-TRTs bei einer intakten Hinterfüllung. Die Ruhe-Temperatur-Profile zeigen noch lokale Nachwirkungen der Hydratationswärmeentwicklung nach der Zementation an (graue Kurve 1 Tag nach der Zementation, dunkelblaue Linie 8 Tage nach der Zementation). Da die Messungen zeitnah nach der Errichtung der Erdwärmesonde vorgenommen wurden, hat sich noch kein geothermischer Gradient in der Erdwärmesonde ausgebildet.

Nach dem Erwärmen der Hinterfüllung mit dem K-TRT werden im Abstand von 5, 25, 50 und 85 Minuten die Temperaturprofile während der Abkühlphase aufgezeichnet. Ausgehend vom höchsten Temperatur-Niveau (magenta) nehmen im Beobachtungszeitraum die Temperaturen konstant und gleichmäßig über die Tiefe verteilt ab. Das Ergebnis des K-TRTs belegt eine intakte,und damit wasserunwegsame Hinterfüllung, die das Grundwasser wirksam absperrt.

Abweichungen von diesem idealen Temperaturprofil-Log ergeben sich aus dem Wechselspiel von

  • Fehlstellen in der Hinterfüllung
  • Wasserwegsamkeiten innerhalb der Hinterfüllung
  • lokal erhöhten Wassergehalten in der Hinterfüllung
  • stagnierendem Grundwasservorkommen
  • die Erdwärmesonde horizontal oder vertikal umfließendem Grundwasser

die sich in Temperaturanaomalien in den Temperatur-Logs niederschlagen.

 

gw-lngslufigkeit ews tempprofile-vl

 

 

Fallbeispiel

Umfließt Grundwasser die Erdwärmesonde, entsteht ein abweichendes Reaktionsmuster:

Zwischen 25 - 45 m u. GOK   gelingt es nicht, das Temperaturniveau in der Aufheizphase des K-TRTs anzuheben. Oberhalb und unterhalb der Anomalie zeigen sich in der Abkühlphase wieder idealtypische thermische Reaktionen, wie sie bei einer intakten Hinterfüllung zu erwarten sind.

Die Erdwärmebohrung im Beispiel verbindet zwei Grundwasserleiter mit unterschiedlichen Grundwasserständen. Der Abschnitt zwischen 25 - 45 m u. GOK stellt die Verbindung dar: hier fließt das Grundwasser vom oberen in das untere Grundwasserstockwerk und verhindert dadurch die Platzierung der Hinterfüllung. Gleichzeitig verändert dieser Vorgang auch die lokale Grundwasserlandschaft und führte im Beispiel zu einer Absenkung des Grundwassserspiegel von 6 m, verbunden mit zahlreichen Gebäudeschäden durch Setzungsrisse.

 

Die Aussagekraft des K-TRTs wird durch die Messung der Hinterfüllungsdichte mittels Gamma-Gamma-Dichte-Messung weiter gesteigert. Mit der Kombination beider Messmethoden ist eine umfassende Beurteilung der Erdwärmesondengüte möglich.