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OPTIMOG – Entwicklung von Verfahren zur Optimierung der Hinterfüll- und Sondenmaterialien für die oberflächennahe Geothermie

Der Einsatz von Erdwärmesonden in Kombination mit Wärmepumpen zur Gebäudebeheizung und -kühlung stellt heute eine erfolgreiche und nachhaltige Technologie dar. Allerdings erfordern die Errichtung und der Betrieb von Erdwärmesonden hohe Sorgfalt, um einen Nutzungskonflikt mit der Trinkwassergewinnung zu vermeiden. Es dürfen keine Wasserwegsamkeiten geschaffen werden, welche natürliche Schutzbarrieren im Untergrund überbrücken und dadurch einen vertikalen Eintrag von Schadstoffen in schützenswerte Grundwasserstockwerke begünstigen. Eine meist zementbasierte Hinterfüllung, die im Ringraum zwischen Sondenrohren und der Bohrlochwand eingebracht wird, soll das System Erdwärmesonde abdichten und somit die Integrität des Bauwerks gewährleisten.

Während der Heizperiode werden Erdwärmesonden aus Effizienzgründen häufig bei Fluidtemperaturen im Frostbereich betrieben. Wird eine Erdwärmesonden zur Kühlung von Gebäuden oder zur saisonalen Wärmespeicherung herangezogen, können deutlich erhöhte Fluidtemperaturen innerhalb der Sonde auftreten. Sowohl der Frostbetrieb als auch der Kühl- bzw. Speicherbetrieb führen zu thermischen Belastungen im Systemverbund Sonderohr-Hinterfüllung-Untergrund, die sekundäre Wasserwegsamkeiten in Form von Rissen in der Hinterfüllung oder Ablösungen der Hinterfüllung von den Sondenrohren nach sich ziehen können.

Ziel des Forschungsvorhabens ist zu prüfen, inwieweit die Integrität des Systems Erdwärmesonde auch im langjährigen Betrieb bei wechselnden Tau-Gefrierzyklen oder bei größeren Schwankungen der Fluidtemperatur aufrechterhalten wird. Im Rahmen der Studie sollen die hydraulischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften unterschiedlicher Hinterfüll- und Sondenmaterialien mittels geotechnischer und thermophysikalischer Labor- und Technikum-Versuche im Systemverbund charakterisiert werden. Des Weiteren werden numerische Modelle entwickelt, die eine Übertragung der Versuchsergebnisse auf den Anwendungsfall erlauben. Aus den Untersuchungsergebnissen sollen Optimierungsansätze abgeleitet werden, die auf eine dauerhafte Systemintegrität abzielen und einen effizienten Sondenbetrieb gewährleisten.

Ansprechpartner

Name Raum Tel. E-Mail

L1|08 12-22096

B2|02 118-22296

Weitere Informationen

  • Laufzeit: 3 Jahre (01.05.2017 – 30.04.2020)
  • Zuwendungsgeber: BMWi (Förderkennzeichen: 03ET1472A)
  • Verbundpartner: Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Fachgebiete Geotechnik und Geothermie, Prof. Dr. Lutz Müller
  • Kooperationspartner: FRANK GmbH, HeidelbergCement AG, SCHWENK Zement KG, thomas zement GmbH & Co. KG