Allgemein
Beachtenswertes bei Erdwärme Sondenbohrungen
29. Juni 2016
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Länge

Pro Meter Sondenbohrung kann dem Boden je nach Beschaffenheit eine begrenzte Menge Energie entzogen werden. Die richtige Auslegung der Bohrtiefe bzw. Sondenlänge ist daher entscheidend.

Da die Temperatur des Bodens mit zunehmender Tiefe steigt, gibt es einen signifikanten Unterschied zwischen einer einzelnen und mehreren Bohrungen.
Als Faustformel gilt: 1x 210m == 6x60m.

In Berlin wurde eine maximale Bohrtiefe von 100m festgelegt. Somit kommt man in der Regel nicht mit einer einzigen Bohrung aus.

Positionierung

Wenn mehrere Bohrungen gemacht werden müssen, dann ist der Abstand der Bohrungen zueinander sehr wichtig. Sind die Bohrungen zu eng positioniert, stehlen sie sich gegenseitig die Wärme. Dies hat negative Auswirkungen auf die Entzugsleistung und somit die Effizienz der Heizungsanlage. Als Richtwert gilt, dass die Bohrungen mindestens 6m, besser 12m auseinander liegen sollten. Die Vergrößerung des Abstands von 6m auf 12m bringt wohl die gleiche Steigerung der möglichen Entzugsleistung wie 14-20% tiefere Sonden.

Je nach Bundesland gibt es unterschiedliche Regelungen bezüglich der Mindestabstände. Durchaus üblich ist, dass eine Bohrung mindestens 5m von der Grundstücksgrenze entfernt sein muss. Mit Zustimmung des Nachbarn genügen 3m. Darüber hinaus müssen die Bohrungen mindestens 10m von anderen Bohrungen entfernt sein.

Soweit ich es bisher in Erfahrung bringen konnte, möchte niemand Sondenbohrungen unter einem zukünftigen Gebäude machen. Der Grund dafür ist mir nicht bekannt.

Die Bohrungen sollten nach Möglichkeit möglichst dicht an der Hauseinführung und somit an der Wärmepumpe positioniert werden. Dies minimiert die Länge der Horizontalleitungen. Diese sind zwar notwendig aber bringen auch zusätzlichen Widerstand in der Sondenleitung. Somit muss die Solepumpe mehr Energie aufwänden, was wiederum die Effizienz verschlechtert. Also so nah ran wie möglich.

Die Sonde

An verschiedenen Stellen habe ich gelesen, dass man auf die Verwendung von PE-100RC Rohren achten sollte. Diese sind deutlich robuster als die alten PE-100 Rohre. Details dazu gibt es z.B. hier.

Ein weiterer Streitpunkt ist der Aufbau der Solesonde. Üblicherweise verwendet werden so genannte einfach-U Sonden, doppel-U Sonden oder Koaxialsonden. Bei einem einfach-U besteht die Sonde aus zwei Rohren, die am unteren Ende mit einem Bogen verbunden sind. Sole fließt durch das eine Rohr runter und durch das andere wieder hoch. Einfache Sache. Eine doppel-U Sonde verdoppelt den Aufbau einfach. Es handelt sich also um vier Rohre, die mit zwei Bögen an der Unterseite verbunden sind. Bei guten Sonden werden Abstandshalter verwendet, welche die vier Rohre in einem definierten Abstand zueinander fixieren. Das verbessert die Wärmeübertragung. Koaxialsonden bestehen aus zwei ineinander gesteckten Rohren. Im inneren Rohr fließt die Sole in die Tiefe und in dem Spalt zwischen innerem und äußerem Rohr wieder nach oben.

Die zu erwartende Art der Strömung ist sehr wichtig für die richtige Wahl der Sondenart. Im Idealfall herrscht in einem Sondenrohr immer und überall eine turbulente Strömung, welche die beste Wärmeübertragung gewährleistet. Fließt die Sole allerdings zu langsam, bleibt es bei der schlechteren laminaren Strömung. Entscheidend für die Art der Strömung ist die so genannte Reynold-Zahl. Diese sollte für die geplante Anlage deutlich größer als 2320 sein. Ab diesem Wert tritt eine turbulente Strömung auf. Fragen Sie ihr Bohrunternehmen nach diesem Wert!

Bei dem Einsatz von Koaxialsonden ist eine laminare Strömung durchaus akzeptabel. Der Spalt zwischen Innenrohr und Außenrohr, in dem die Sole nach oben befördert wird, hat üblicherweise eine breite von wenigen Millimetern. Dieser geringe Abstand begünstigt die Wärmeübertragung im Fluid und gleicht somit die Nachteile der laminaren Strömung weitestgehend aus. Dies ist ein großer Vorteil. Bei dem Einsatz von modulierenden Wärmepumpen würden herkömmliche Sonden im Teillastbereich mit zu geringer Strömungsgeschwindigkeit der Sole keine turbulente Strömung erzeugen und somit ineffizient arbeiten. Koaxialsonden jedoch funktionieren unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit und sind somit prädestiniert für den Einsatz an modulierenden Wärmepumpen. Koaxialsonden werden momentan nur bis 50m Tiefe verbaut, weshalb in der Regel mehrere Bohrungen notwendig sind.

Anschluss

Es empfiehlt sich wahrscheinlich, alle Sondenleitungen einzeln bis zu einem erreichbaren Ort (Sammlergrube oder HWR) zu führen und dort mit einzelnen Absperrhähnen für Vorlauf und Rücklauf und Entlüftungsvorrichtungen zu versehen. Bei mehr als einem Kreis ist der hydraulische Abgleich von großer Bedeutung, da sonst einzelne Bohrungen stärker benutzt werden als andere. Dies kann zu massiven Effizienzproblemen führen.

Verfüllmaterial

Der Hohlraum zwischen Bohrlochwand und Sonde wird verpresst mit einem Material, was aus naheliegenden Gründen eine möglichst gute Wärmeleitfähigkeit haben sollte. Im einfachsten Fall handelt es sich um eine Betonschlemple, die einen recht niedrigen Wärmeübergangskoeffizienten hat und somit eher ungeeignet ist.

Mögliche Materialien:

Wichtig ist auch, dass die Bohrfirma die Verpressung von unten nach oben durchführt, um Lufteinschlüsse zu vermeiden. Dafür wird mit der Sonde ein Rohr in die Bohrung eingelassen, durch welches das Füllmaterial gepumpt wird.

Solekonzentration

Die Sole sollte maximal 20% Konzentration haben. Jedes % ist schädlich für die Effizienz.

Weitere Informationen

Eine sehr gute Einführung zu Solebohrungen und deren Tücken ist der YouTube Kanal der Firma Hoorter Brunnenbau. Die Videos sind sehr informativ und anschaulich gemacht. Pflicht für interessiere Bauherren. Weitere Links:

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