21 | 11 | 2019

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Ruhe-Temperatur-Profil

Temperaturprofile in Erdwärmesonden erhöhen die Planungssicherheit bei der Auslegung von Erdwärmesondenanlagen, in dem sie über jahreszeitliche Temperatureinflüsse, den geothermischen Gradient und Vorkommen von fließendem Grundwasser am Standort Aufschluß geben.

 

 

Während der TRT (Thermal-Response Test) Angaben zur über die Gesamtlänge einer Erdwärmesonde integrierten Wärmeleitfähigkeit liefert, erlaubt ein ergänzendes Temperaturprofil die vertikale Auflösung der Wärmeleitfähigkeitsverteilung im erbohrten Untergrund. Das heißt, es können lokal variierende Wäremeleitfähigkeiten, wie sie bei Gesteinswechsel oder Grundwasseraufkommen auftreten, im erbohrten Untergrund abgegrenzt werden.

jahreszeiten temp-profileRuhetemperaturprofile unterliegen je nach Standort bis ca. 10 m u. GOK jahreszeitlichen Einflüssen. Es folgt eine Übergangszone, in der sich jahreszeitliche Temperatureinflüsse und der geothermische Gradient gegenseitig aufheben. Unterhalb 25 m wird der geothermische Gradient sichtbar, der im mittel 3°K/100m beträgt, durchaus aber auch deutlich darüber liegen kann. 

 

ruhe-temp-log mit anomalie

An Hand des zweiten Ruhe-Temperatur-Logs kann zwischen 65 und 75 m u. GOK eine lokale positive Temperaturanomalie im erbohrten Untergr und  abgegrenzt werden, wie sie sich bei einem durchteuften grundwasserführenden Horizont einstellt.

 

Ruhe-Temperatur-Profile erhöhen die Planungssicherheit bei der Auslegung einer Erdwärmesonden-Anlage. Das gilt zum Beispiel wenn Erdwärmesonden innerhalb eines Kluftgrundwasserleiters niedergebracht werden und nicht vorsehbar ist, ob bzw. inwieweit diese grundwasserführende Klüfte erschließen.

Auch bei der Ursachenforschung nach einem Leistungsabfall einer Erdwärmeanlage oder bei anderen Unstimmigkeiten im Zusammenhang mit deren Betrieb kann die Kenntnis der Ruhe-Temperaturtiefenprofile zu den Erdwärmesonden hilfreich sein. 

 

Zeitpunkt für die Ruhe-Temperaturprofil-Messung

Dabei ist es wichtig, den richtigen Zeitpunkt für die Aufnahme des Ruhtemperaturprofiles zu wählen.Um die Ausgangssituation zu kennen, empfiehlt es sich vor dem ersten Wärmeentzug, das heißt vor der  Inbetriebnahme der Erdwärmesonde, ein erstes Temperaturprofil zu messen. Dabei ist darauf zu achten, dass die Temperaturerhöhungen durch die exothermen Reaktionen beim Abbinden der Hinterfüllungszementation bereits abgeklungen sind. 1Stunde nach dem Verpressen liegt das Temperaturniveau ca 1°K höher als 6 Tage später. Passagen mit vermehrter Verpressmasse kann auf Grund der intensiveren exothermen Reaktionen bei der Hydratation an Hand von positiven Temperaturanomalien indirekt abgelesen werden.  Das erste Ruhe-Temperaturprofil 6 Tage nach der Verpressung zeigt den natürlichen, ungestörten Temperaturverlauf im Untergrund mit einem Gradienten von 9,6°K/100m.

Ruhe-Temp - Verpressen

 

Im nächsten Beispiel wird der Einfluss des Wärmeentzuges auf das Ruhe-Temperatur-Profil aufgegriffen. So ist im Ruhe-Temperatur-Profil vor Beginn des Wärmeentszuges zwischen 70 und 78 m eine Temperaturstagnation zu erkennen, während oberhalb und unterhalb die Temperaturen mit einem natürlichen Gradienten von 3 bzw. 4°K/100m zunehmen. Die Temperaturstagnation ist hier auf Grundwasservorkommen im Stubensandstein zurückzuführen.

 

 Ruhe-Temp-Profil zu 3 Zeiten

 

Um die Auswirkungen des Wärmeentzuges aufzuspüren, wird nach der ersten Heizperiode das nächste Ruhetemperatur-Profil gemessen. In der Abbildung wird das Temperaturprofil nach der ersten Heizperiode 1 Stunde und 10 Tage nach Stilllegung der Erdwärmesonde gezeigt:

Nach der Heizperiode ist das mittlere Temperaturniveau um 3,5 - 4°K abgesunken. Dies zeigt das 1 Stunde nach Stilllegung der Erdwärmesonde aufgenommene Ruhe-Temperatur-Profil. Gleichzeitig verläuft die Temperaturkurve sehr unruhig in einem Schwankungsbereich von bis zu  0,5°K. 10 Tage nach Stilllegung der Erdwärmesonde verläuft die Temperaturkurve merklich monotoner. Das Temperaturniveau ist um ca. 2°K angestiegen. Der Verlauf der Temperaturkurve nähert sich dem vor der Inbetriebnahme. Innerhalb des Stubensandsteines sind die Abschnitte mit markanter negativer Temperaturanomalie nach der Heizperiode noch angedeutet. Die markante Temperaturstagnation vor der Inbetriebnahme zwischen 70 un 78 m ist jetzt 10 Tage nach der Stilllegung als solche nicht erkennbar. An Hand der Profile wird erkennbar, wie intensiv der Wärmeentzug über die Heizperiode erfolgte und wie gut die Regeneration der Erdwärmesonde einsetzt.