Die Lösung bei Bohrteufenbegrenzung GRD verbaut jeden Sondentyp

Mit den Untersuchungen sollte festgestellt werden, wie gut sich unterschiedliche Sondentypen mit der „GRD“-Schrägbohrtechnik verbauen lassen und welcher Sondentypus technisch optimal ist. Die Standortwahl basierte auf Daten des British Geological Survey (BGS). Das Anwesen steht auf einer tiefgründigen Folge gleichförmiger, verfalteter Feinsand- und Schluffsteine aus dem Karbon.
Die ursprünglich vorhandene Verwitterungsdecke ist bereits vor Jahrzehnten für den Bau einer Terrasse abgetragen worden. Diese besonderen Bedingungen sorgten dafür, dass die radialen Erdwärmesondenbohrungen immer ein ähnliches geologisches Profil durchörterten und Störeffekte aufgrund von Schichtung und Klüftung auf ein Minimum reduziert waren. Alle Bohrlöcher erwiesen sich als nicht wasserführend.
Die Jahresdurchschnittstemperatur beträgt 8,5°C, die ungestörte Bodentemperatur in 15 m Tiefe ist 9,5°C, in 100 m Tiefe 13,3°C. Die aus den TRT-Tests abgeleitete mittlere Wärmeleitfähigkeit des Untergrundes betrug 2,6 +/- 0,35 W/(m*K) und bestätigte die Angaben des BGS.


Durchführung des „Thermal Response Tests“.

Zeitraubende Arbeitsschritte entfallen
Gebohrt wurde das Erdwärmesondenfeld von TT UK Ltd., die britische Niederlassung der Tracto-Technik, Lennestadt. Die Konzeption erfolgte in enger Abstimmung mit dem deutschen Stammhaus. Die Durchführung der „Thermal Response Tests“ und deren Auswertung oblag Fusion G-Source Ltd. aus Chesterfield, Großbritannien.
Verbaut wurden insgesamt sieben Sonden verschiedener Hersteller von je 45 m Länge:

• 1 x modulare Wellrohrkoaxialsonde DA 63 mm SDR 22, Innenrohr PP DN 40 x 2,9 mm,
• 2 x Glattrohrkoaxialsonde DA 63 SDR 11, Innenrohr PE 32 x 2,9,
• 3 x Einfach-U-Sonde DN 25 PN 10,
• 1 x Doppel-U-Sonde DN 32 PN 10.

Der Bohrlochdurchmesser betrug 100 mm, der Ringraum wurde mit „ThermoCem“ der Fa Azibut (Wärmeleitfähigkeit ca. 2,0 W/(m*K) vollständig verfüllt. Der hydraulische Abgleich des zum Anschluss bestimmten Gewerks wurde über Inline-Abgleichventile sichergestellt. Die Verbauprüfung ergab, dass sich alle Sondentypen schnell und problemlos mit der „GRD“-Bohrtechnik verbauen ließen. Aufgrund des von Tracto-Technik neu entwickelten hydraulisch betriebenen Einschubgerätes, das einfach in der Klemm- und Brechvorrichtung eines Bohrgerätes fixiert wird und dann einsatzbereit ist, dauerte der Einschub von jeweils 45 m Glattrohrkoaxialsonde und Zementinduktionsrohr pro Bohrloch nicht länger als drei Minuten.
Die bisher üblichen und zeitraubenden Arbeitsschritte vor dem händischen Einbau von Koaxialsonden, wie z.B. das Strecken der Sonde, die Gewichtsbefestigung und die notwendige Befüllung mit Frischwasser zur Auftriebskompensation, entfallen. Die Sonde kann direkt von der Haspel in das Bohrloch eingeführt werden, denn sie wird im Einschubwerkzeug gestreckt.
Die Befüllung mit Wasser, die Druckprüfung und die Zementation können in der Zeit erfolgen, in der eine neue Bohrung niedergebracht wird. Dazu wird zuvor die Sonde am Bohrschacht fixiert und kann so bis zum Abbinden des Zementes nicht mehr aufschwimmen. Wartezeiten werden vermieden.
Für den händischen Einbau der Wellrohrkoaxialsonde wurden ca. 20 Minuten pro Bohrloch benötigt, da jedes Modul einzeln mit Wasser befüllt werden muss. Aber auch hier entstehen keine Stillstandszeiten, wenn das Rohr im Schacht fixiert wird.
Für den Einbau der U-Sonden war ein erheblich größerer Zeitaufwand notwendig, denn es müssen Abstandshalter zwischen die Sondenschenkel eingesetzt werden. Außerdem kann ein U-Sondenstrang bei Schrägbohrungen nur mit dem Innenbohrgestänge sicher eingebaut werden.
Das Bohrgestänge muss sehr langsam gezogen werden, wenn man eine Aufwicklung des Erdwärmesondenstranges um das Gestänge vermeiden will. Der Zeitaufwand betrug dadurch ca. 1 Stunde pro Bohrloch. Erst danach konnten Druckprüfung und Verfüllung ausgeführt werden.
Nach Bohrende ließ man das Erdwärmesondenfeld zwei Wochen ruhen, damit die Erwärmung durch den Bohrvorgang und Härteprozess des Verfüllzementes vollständig abklingen konnte, bevor man mit den „Thermal Response Tests“ begann. Das Ergebnis der Tests überraschte nicht. Die mit Koaxialsonden ausgestatteten Bohrlochlöcher zeigten den geringsten Bohrlochwiderstand.


Das neu entwickelte, mit der Motorhydraulik des Bohrgerätes betriebene Sondeneinschubgerät von Tracto-Technik ist klein, leicht und in jeder Klemm- und Brechvorrichtung einsetzbar. Damit lassen sich Glattrohrkoaxialsonden mit wenigen Handgriffen in kürzester Zeit im Bohrloch installieren.

Keine Beeinträchtigung der Wärmepumpe
Die Anlage wurde sofort im Anschluss an die Thermal Response Tests in Betrieb genommen und läuft seitdem problemlos und zur größten Zufriedenheit der Bewohner. Es hat sich mal wieder gezeigt, wie verlässlich Erdwärmenutzung in der Praxis ist: Selbst die Kombination unterschiedlicher Typen von Erdwärmesonden beeinträchtigt offenbar in keiner Weise die Nutzung der Wärmepumpe, wenn der hydraulische Abgleich sauber durchgeführt wurde und alle Sonden in denselben Verteiler münden.
Das ist eine wichtige Feststellung in Bezug auf zukünftige Erweiterungen des Heizsystems, denn der technische Fortschritt wird dazu führen, dass sich auch die Erdwärmesonden verändern werden. Vor dem Hintergrund, dass Erdwärmesondenanlagen sehr langlebig sind, hat mit der Radialbohrtechnik der Installateur ein flexibles Instrument zur Hand, um auch für zukünftige Entwicklungen gut gewappnet zu sein.
Die Tests in Großbritannien ergaben aber auch, dass mittels des „GRD“-Verfahrens nicht nur CO₂-Sonden und Koaxialsonden verbaut werden können, sondern auch der Einsatz von im Einkauf preiswerten U-Sonden ohne Weiteres möglich ist. Allerdings zeigte sich im Praxistest auch, dass der Einsatz von U-Sonden vergleichsweise umständlich und zeitraubend vonstatten geht. Außerdem ist besondere Sorgfalt beim Anschluss der Sonden erforderlich.
Dieser Zeitfaktor mag in Ländern mit niedrigem Lohnniveau kaum eine Rolle spielen. In den europäischen Hochlohnländern ist es aber aus wirtschaftlichen Erwägungen außerordentlich sinnvoll, Glattrohrkoaxialsonden maschinell einzuziehen.

Bilder: Tracto-Technik

KONTAKT
Tracto-Technik GmbH & Co. KG
57368 Lennestadt
Tel. 02723 8080
Fax 02723 808180
marketing@tracto-technik.de
www.tracto-technik.de

______________________________________

Die Lösung bei Bohrteufenbegrenzung
„GRD“-Schrägbohrungen zur Erdwärmegewinnung sind des Öfteren die einzige Alternative zu Vertikalbohrungen. Das liegt unter anderem auch daran, dass die Behörden nur noch Bohrtiefen bis zum ersten Grundwasserleiter, maximal bis 35 m, genehmigen (Bohrteufenbegrenzung). Diese Erfahrung machte auch eine Familie im schwäbischen Nürtingen, die ihr neues Haus mit einer Erdwärmepumpe betreiben wollte. In der unmittelbaren Nachbarschaft bestehen bereits mehrere Erdwärmesonden-Anlagen mit 100 m tiefen Bohrungen, die für die Familie die Vorlage lieferten. Das  Grundstück liegt zwar am Rand, jedoch schon in der Wasserschutzzone drei.
Bohrungen wie sie bei den Nachbarn außerhalb der Schutzzone noch genehmigt wurden, waren hier grundsätzlich nicht erlaubt. Der Antrag wurde abgelehnt. Mit der „GRD“-Schrägbohrtechnik konnte jedoch eine Ausnahmegenehmigung für eine maximale Bohrtiefe von 27 m erreicht werden.
Zudem durfte keine grundwassergefährdende Sole verwendet werden, sondern wie im vorliegenden Fall Kaliumcarbonat. Weitere Auflagen waren:

• kein Spülbohrverfahren sondern Trockenbohrverfahren,
• die Sonden mussten mit einem sulfatbeständigen Zement verpresst werden.

Das „GRD“-Bohrgerät in Arbeitsstellung.

Auch für die „GRD“-Schrägbohrtechnik war dies eine Herausforderung. Alle Auflagen konnten aber zufriedenstellend erfüllt werden. Kurze Schrägbohrungen sind zudem auch deutlich effizienter als Vertikalbohrungen, da durch die dreidimensionale und radiale Anordnung das Erdwärmepotenzial räumlich besser erfasst wird. Dies wurde in einer Studie der Universität Siegen nachgewiesen. 
Bei der benötigten Kälteleistung von 18 kW waren insgesamt elf Bohrungen mit einer Länge von je 30 m erforderlich. Der zentrale Bohrpunkt, mit dem auch nach der Installation zugänglichen Bohrschacht, wurde so gewählt, dass die Sonden unter Einhaltung der Grenzabstände in verschiedenen Winkeln von 30° bis 65° in alle Richtungen und auch unter dem Gebäude abgeteuft werden konnten.


Der Bohrschacht mit den Erdwärmesonden.

Das Haus steht in einer Hanglage mit 30% Gefälle. Dennoch konnte das „GRD“-Bohrgerät an dem relativ steilen Hang problemlos (mit einem Kran) auf dem Schacht platziert und installiert werden. Bei den üblicherweise schweren Vertikalbohrgeräten wären die elf Bohrungen aufgrund der Standortsituation und der geothermisch erforderlichen Mindestabstände auf diesem Grundstück nicht möglich gewesen.
Auch der Boden war alles andere als bohrfreudig. Die Vorerkundung durch ein privates geologisches Büro ergab einen Keuperboden  (Knollenmergelschicht) mit hohen Tonmergelanteilen, der ohne Wasserzugabe durchörtert werden musste. Mit Wassereintrag wäre der Boden aufgeweicht, und für den Hang hätte eine akute Rutschgefahr bestanden. Da auch der Einsatz einer Bohrspülung ausgeschlossen war, war dies eine zusätzliche Schwierigkeit. Es blieb also nur die Möglichkeit, mit der „GRD“-Technik trocken zu bohren, was dem Bohrteam vorbildlich gelang. Nach den Bohrungen wurden Rehau Endlos-Koaxialsonden eingebaut und mit dem entsprechenden sulfatbeständigen Zement verpresst.
Trotz dieser außergewöhnlichen und schwierigen Randbedingungen gelang es, die EWS-Anlage erfolgreich zu installieren. Inzwischen ist die Familie eingezogen und erlebt derzeit ihre erste Heizperiode.