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Geothermie in der Praxis

Oberflächennahe Geothermie – Erschließung der Wärmequelle!

Von Dipl.-Ing.  Michael Rossmann – Eine Einführung in die Geothermie bis hin zur Erschließung der Wärmequelle -Erdwärmesonden!

Tiefenbereich: 0 m bis ca. 100 bis 400 m Tiefe

1) Weltweite mittlere Temperatur der Erdoberfläche: 13°C; Komponenten der thermischen Energiebilanz; Sonneneinstrahlung: ca. 120 W/m² (Mittelwert); Wärmeaustausch der Erdoberfläche mit Luft & Weltraum; Niederschlags- und Sickerwasser; Grundwasserfluss; Wärmeleitung im Untergrund; Geothermischen Wärmefluss (0,05 bis 0,12 W/m²); Neutrale Zone zwischen Oberflächen- und Tiefeneinfluss ca. 15 – 30m tief

  Temperaturverlauf

2) Erschließung der Wärmequelle: Tiefenbohrung; Flächenkollektor; Brunnenanlage; Erdberührte; Bauteile

3) Tiefenbohrung: Planung; Projekteinreichung; Bohrtechnik; Einbau der Erdwärmesonden; Probleme und Fehler in der Praxis; Qualitätssicherung

4) Planung: Abschätzung der Heiz- und / oder Kühllast; Vorbeurteilung der hydrogeologischen Gegebenheiten Abschätzung der erforderlichen Tiefenmeter; Platzbedarf für die erforderlichen Tiefenbohrungen Zufahrts- und Aufstellungsmöglichkeit; Bauzeitplan Zeitpunkt der Projekteinreichung

  Erdwärmesondenfeld mit 10 Bohrungen

5) Projekteinreichung / Anlagenauslegung; Anzeigeverfahren / Bewilligungsverfahren; Gesetzliche Grundlage bildet das Wasserrechtsgesetz.

Laut Wasserrechtsnovelle 2006 (BGBL. Nr.: I 123/2006 WRG) vom 27. Juli 2006, §31c, Abs. 5 WRG ist das Anzeigeverfahren gemäß § 114 anzuwenden. Gemäß § 114 WRG 1959 gilt eine anzeigepflichtige Anlage nach Ablauf von 3 Monaten als genehmigt, wenn die Behörde nicht vorher ein Bewilligungsverfahren  einleitet.

  Grundwasseranlage mit Entnahme- und Sickerungsbrunnen

Im der Powerpointpräsentation von Hr. Dipl.-Ing. Michael Roßmann wird wegweisenden beschrieben welche Schritte bis zur Endprojektierung und Fertigstellung der Bohrarbeiten bis hin zur Nutzung der Wärmequelle notwendig sind.

Vollständige Präsentation der Geothermie in der Praxis von Dipl.-Ing. Michael Roßmann

 

  Bohrtechnik:Imlochhammerbohrverfahren: Spülungsmedium: Luft und Trinkwasser Spülbohrung: Spülungsmedium: Wasser bzw. Bentonitspülung Spülungskreislauf. Die Wahl des jeweiligen Bohrverfahrens ist im Normalfall frei von der ausführenden Bohrfirma wählbar. Ausnahme: Behördliche Vorgaben.
  ImlochhammerbohrungVorteile: Hoher Bohrfortschritt Einsatz in nahezu allen geologischen Formationen möglich Kontrollierte Bohrgutabführung Ständige Mitführung einer Hilfsverrohrung durch Doppelkraftkopf Keine Belästigung durch Spritzwasser und Staub Geringe Lärmbelästigung durch beste Schalldämmung Einsatz auch in Kleingärten aufgrund der kompakten Bauweise – Nachteile: Höhere Entsorgungskosten bei feinkörnigen Böden Probleme bei der Verbringung des mitgeförderten Grundwassers Höhere Energiekosten durch Kompressoreinsatz Höherer Materialverschleiss durch höhere Beanspruchung.

Es gibt zwei Verfahren von Spülbohrungen, die direkte und die indirekte Spülbohrung. Hauptmerkmal einer Spülbohrung ist, dass das Bohrloch nur auf den ersten Metern verrohrt ist und der Rest des Bohrloches von der Spülflüssigkeit gehalten wird, die einen Überdruck erzeugt. Das Bohrgut wird kontinuierlich mithilfe dieser Spülung gefördert. Die Spülung läuft im Kreis und kann durch spezielle Spülungszusätze wie z.B.: Bentonit und CMC ergänzt werden. Carboxymethylcellulose (CMC) verhilft der Spülung zu höherer Tragfähigkeit, somit kann das Bohrgut besser aufsteigen. Bentonit stützt die Bohrlochwandung und produziert den so genannten Filterkuchen am Bohrlochrand, der verhindert, dass das Wasser in den Boden fließt. Des Weiteren sorgt das Bentonit dafür, dass beim Stillstand der Bohrung (beispielsweise zum Nachsetzen des Gestänges) das Bohrgut nicht wieder auf die Bohrlochsohle zurückfällt, sondern die Spülung mit dem Bohrgut eine geleeartige Masse bildet.

  Einbau der Erdwärmesonden – Tätigkeiten vor Sondeneinbau: Vorbereitung der Erdwärmesonde zum Einbau Visuelle Begutachtung auf äußere Beschädigungen Dichtheitsprüfung Anbringung des oder der Injektionsschläuche. Tätigkeiten während des Sondeneinbaus: Kontrollierter Einbau über eine geeignete Haspelvorrichtung Füllen der Sonde mit Wasser. Tätigkeiten nach dem Sondeneinbau: Durchfluss- und Dichtheitsprüfung vor Zementation Die wassergefüllten Sondenrohre dicht verschliessen Hinterfüllung von unten nach oben Ausbau der Hilfsverrohrung Durchflussprüfung Dichtheitsprüfung Übergabe.
   

Zementation: Zweites Element der doppelten Sicherheit!

  • Verwendung weitgehend Frost-Tau-Wechselbeständiger Verpresssuspensionen
  • Für Erdwärmesonden ausgelegte geprüfte Fertigprodukte. Vor Ort hergestellte Zement-Bentonit-Suspensionen Empfohlenes Mischungsverhältnis (Dichte 1,33 g/cm³)
  • Wasser: 895 kg -Zementstabiles, aktives Natrium-Bentonit: 63 kg
  • Zement: 479 kg: hochgeschlackte Zemente CEM III/B
  Zementation – Grundsatz: Hinterfüllung der Bohrung beginnend bei Bohrlochsohle bis Geländeoberkante!
  Wie eine Hinterfüllung nicht sein sollte!

Autor und Textquelle: Dipl.- Ing. Michael Roßmann; EWBS – Erdwärme Bohr- und Service GmbH

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