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möglichst hohe Wirkungsgrade und damit auch Kundenzufriedenheit erreichen müssen. Deshalb sollten keine Kompromisse bei der Qualität der Erdwärmesonden eingegangen werden, wenn es um einen einwandfreien Betrieb geht.
Vier unterschiedliche Prüfmethoden Als geeignete Hinterfüllung, welche die bestmögliche thermische Anbindung von Sonde und Untergrund gewährleistet, wird ein optimal wärmeleitendes Material angesehen. Dabei müssen die Erdsondenrohre über die gesamte Länge des Bohrlochs vollständig umschlossen werden, homogen im Bohrloch verteilt und verfestigt sein, ohne Lufteinschlüsse aufzuweisen und in maximalem Kontakt mit der Bohrwand stehen. Dieser Zustand sollte auch nach zahlreichen Betriebsjahren noch erfüllt sein, also nach vielen Temperaturzyklen und -schwankungen. Ein Autorenteam der CSD Ingenieure AG in Liebefeld BE und der Geotest AG in Zollikofen BE hat sich im Auftrag des Bundesamts für Energie der Qualitätssicherung von Erdwärmesonden angenommen und eine Übersicht über Messmethoden zur Prüfung der Hinterfüllung erstellt. Dabei wurden marktreife Methoden, heute im Einsatz stehende Verfahren und Geräte betrachtet. Die Methoden wurden nach vier unterschiedlichen Kriterien geordnet.
Strahlung im Bohrloch misst, und der Gamma-Gamma-log, bei welcher das Bohrloch mit einer radioaktiven Strahlungsquelle durchfahren und die Rückstreuung gemessen wird. Um Hohlräume aufzuspüren, wird die Eigenschaft genutzt, dass das y-Signal proportional zur Dichte der Umgebung ist. Diese Methoden kommen bei der Baugrunderkundung für die Analyse der erbohrten Schichten und Hohlräume schon seit einiger Zeit zum Einsatz. Die Durchführung geschieht dabei im noch nicht hinterfüllten, offenen Bohrloch. Für die eigentliche Messung der Hinterfüllung und deren Dichteprofil muss der Sensor des Messgeräts das EWS-Rohr durchfahren. Offenbar werden diese radioaktiven Methoden in der Schweiz standardmässig
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meter wie Injektionsdruck, Suspensionsdurchfluss und -dichte. Oft nennt man sie auch volumetrische Methoden. Sie weisen prinzipielle Vorteile gegenüber den anderen Methoden auf. Erstens können sie nach Erstinstruktion von der Bohrunternehmung selbst durchgeführt werden, was die Kosten insgesamt tief hält. Zweitens können mechanische Methoden noch während des Bohrablaufs relevante Informationen liefern, wodurch auf allfällige, geologisch bedingte Probleme reagiert werden kann. Sind Schwierigkeiten erkennbar, kann der Hinterfüllvorgang beeinflusst werden, z. B. mit einer Veränderung der Suspensionsviskosität durch Zumischen von Bentonit, Verwenden von Spezialmaterialen wie Ton-
Thermische Methoden Thermische Methoden werden in der Regel als Planungswerkzeug eingesetzt. Beispielsweise wird mit dem Thermal Response Test (TRT) an einer Probebohrung die effektive Wärmeleitfähigkeit der geologischen Schichten über den Tiefenbereich einer Erdwärmesonde gemessen. Diese ermittelten Werte dienen dann zur Dimensionierung eines Erdwärmesondenfelds. Die Genauigkeit der Auslegung wird damit wesentlich erhöht. Thermische Methoden werden nach Abschluss der Bohr- und Hinterfüllarbeiten eingesetzt. Je nach Lieferant wird empfohlen, mehrere Tage bis zum Messbeginn abzuwarten, damit sich Erdwärmesonde, Hinterfüllung und Umgebungsgestein im thermischen Gleichgewicht befinden. Die Hinterfüllung der Erdwärmesonde kann jedoch zu diesem Zeitpunkt nicht mehr angepasst werden.
Radioaktive Methoden Bei diesen Methoden sind zwei verschiedene Kategorien zu unterscheiden: Gamma-Ray-Log, welcher die natürliche y-
Prüfgeräte in anspruchsvoller Umgebung: Das DPG-C3 von Geowatt ist ein vollautomatisches Prüfgerät für Erdwärmesonden nach SIA 384/6, das Spülungs-, Durchfluss- und Dichtigkeitsprüfung im Druckbereich von 2–16 bar ausführt.
in offenen Bohrlöchern, z. B. bei Baugrunderkundungen angewandt. Entsprechende Erfahrungen bei EWS-Systemen sind hingegen noch sehr gering. Messungen mit radioaktiven Methoden können nur durch erfahrene Bohrlochphysiker durchgeführt und interpretiert werden. Auch für diese Methoden gilt, dass zum Zeitpunkt der Messung die Hinterfüllung der Erdwärmesonden mit vertretbarem Aufwand nicht mehr angepasst werden kann.
Mechanische Methoden Diese Verfahren messen während des Hinterfüllvorgangs physikalische Para-
pellets oder durch den Einbau von Hilfsmitteln wie Geotextilstrumpf oder EWS-Packern. Aus diesem Grund gelten die mechanischen Methoden als die wichtigsten Mittel zur Qualitätssicherung bei der Hinterfüllung von Erdwärmesonden. Dazu zählen beispielsweise die folgenden drei Geräte: Digital Borehole Observation 3, eine Messapparatur zur digitalen Überwachung des Abdichtungsvorganges im Bohrloch, von Dietrich, DBO-3 oder Sotronix (www. dietrich-erdwaerme.de); das Hinterfüllungsmessgerät HMG-K oder HMG-S, das kontinuierlich Durchfluss, Injekti-
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