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Erdsonden-Wärmespeicher 69
3.2.3.2 Wahl des Verfüllmaterials und des U-Rohr-Schenkelabstands
Neben dem Sondenmaterial und der U-Rohr-Anzahl hat die Wahl des Verfüllmaterials und
die Anordnung der U-Rohre im Bohrloch einen entscheidenden Einfluß auf das Wärmeübertragungsvermögen
der Erdsonde.
Das Verfüllmaterial hat neben der Herstellung des thermischen Kontakts zwischen U-Rohr
und Bohrlochwand vor allem die Aufgabe, das Bohrloch wieder dauerhaft fest zu verschließen
und so die Verunreinigung des Grundwassers von der Oberfläche aus bzw. die Vermischung
mehrerer Grundwasserstockwerke untereinander zu vermeiden. Gebräuchliche Verfüllmaterialien
sind Suspensionen aus Bentonit, Sand und Zement, wobei das Tonmineral Bentonit
quellende Eigenschaften aufweist und dadurch die sichere Abdichtung gewährleistet. Allerdings
ist die Wärmeleitfähigkeit von reinem Bentonit sehr gering (0,5 W/mK). Eine Zugabe
von kristallinem Sand erhöht die Wärmeleitfähigkeit, allerdings reduziert dies die abdichtende
Wirkung und fördert vor allem den Verschleiß an den Verfüllpumpen.
Vom thermischen Standpunkt her wäre es wünschenswert, daß die U-Rohr-Schenkel an der
Bohrlochwand anliegen. Dieser ideale Fall ist jedoch nicht realisierbar, da die Sonde dann
nicht mehr ins Bohrloch eingebracht werden kann. Damit dies problemlos möglich ist, muß
jeweils ein Abstand von mindestens 1 cm zwischen Rohr und Bohrlochwand vorhanden sein.
Diesem Umstand muß in der Praxis mit dem Einsatz von Abstandshaltern Rechnung getragen
werden, die auf jeden Fall verhindern, daß die U-Rohr-Schenkel zu eng zusammenrücken und
es so zu einem übermäßigen Wärmeübergang vom warmen zum kalten Schenkel kommt. Die
Praxis hat gezeigt, daß die Abstandshalter bei dem verhältnismäßig weichen PB-Rohr etwa
alle 0,5 bis 1 m montiert werden müssen.
Solarertrag [kWh/m²a]
250
248
246
244
242
240
238
236
Tiefe 30 m, 164 Sonden
Sondenabstand 2 m
Volumen 19 750 m³
Sonde PB, 1U, 25x2.3 mm
Bohrlochdurchm. 115 mm
60
59
58
57
56
55
54
53
Speichernutzungsgrad [%]
234
52
232
51
230
1.25 W/mK
d=9 cm
1.25 W/mK
d=7 cm
1.25 W/mK
d=5 cm
0.85 W/mK
d=9 cm
0.85 W/mK
d=7 cm
0.85 W/mK
d=5 cm
50
Bild 3.11:
Einfluß der Wärmeleitfähigkeit des Verfüllmaterials und des U-Rohr-Abstands
In Bild 3.11 ist der Einfluß der Wärmeleitfähigkeit des Verfüllmaterials und des U-Rohr-
Abstands (d in Bild 2.23) dargestellt. Die Wärmeleitfähigkeiten von 0,85 bis 1,25 W/mK
decken den Bereich üblicher Bentonit-Gemische ab. Ein Schenkelabstand von 9 cm bedeutet
bei der gewählten Konfiguration (Bohrlochdurchmesser 115 mm, U-Rohr-Durchmesser