Erdsonden
Eine kurze und knackige Beschreibung des Beitrags
Erdsonden
Eine zentrale Stellung im Energiekonzept der Deutschen Flugsicherung GmbH DFS für die neue Hauptverwaltung nimmt die Erdwärmesondenanlage ein. Mit ihr soll die Grundlast der Gebäudeheizung und -kühlung betrieben werden. Die Anlage setzt sich aus 154 Erdwärmesonden von je 70 m Tiefe zusammen.
Erdwärmesonden sind Erdreichwärmetauscher, die in Bohrungen bis zu mehr als 100m Tiefe eingesetzt werden. Im vorliegenden Fall wurden Doppel-U-Sonden verwendet, bei denen 4 Polyethylen-Rohre am Fuß so verbunden werden, dass zwei U-förmige Rohrschlaufen entstehen. Erdwärmesonden werden in grösserer Zahl für erdgekoppelte Wärmepumpen im Wohnhausbereich eingesetzt. Anlagen mit einer Leistung und Sondenanzahl wie die der DFS gibt es dagegen in Europa nur wenige.
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Länge und die Anzahl wurde nach umfangreichen und sehr detaillierten Gebäude- und Erdreichsimulationen bestimmt.
Mit diesen Erdsonden wird das Erdreich als saisonaler Speicher genutzt. Wasser wird durch ein erdverlegtes Leitungssystem gepumpt, welches je nach Saison Wärme an das Erdreich abgibt oder Wärme aufnimmt. Die bivalente Nutzung im Sommer und Winter ermöglicht die thermische Regenerierung des Erdreichspeichers. Pro laufendem Meter Erdsonde wird eine Entzugsleistung von ca. 34 W/m erreicht.
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Im Sommer ist eine direkte Nutzung der Erdsonden zur Kühlung möglich Die zur Verfügung stehende Kälte dient der Versorgung thermoaktiver Decke, Kühldecken und zur Luftkühlung.
Im Winter dienen die Erdsonden als Wärmequelle für die Wärmepumpe. Hierüber findet die Beheizung über die thermoaktive Decke bzw. die Frischluftvorwärmung statt.
Im Rahmen der Planung und der Anlagendimensionierung wurde im Vorfeld bereits eine Sonde mit einer Tiefe von 100 m erstellt. Mit der Bohrung wurde ein Schichtenverzeichnis erstellt. Anhand der Messungen (Responsetest) an dieser Sonde wurden die Simulationsergebnisse verifiziert, das Gesamterdsondenfeld und die Anlagentechnik zur Nutzung der "Kälte" und "Wärme" aus dem Erdreich im Gebäude (Wärmepumpe, Thermoaktive Decke, Frischluftkonditionierung etc.) optimiert.
Bis Ende November wurden ca. 110 Erdsonden fertiggestellt. Gebohrt wurde größtenteils mit 2 Bohrgeräten.
Zu Beginn der Erdsondenbohrungen wurden 3 Grundwassermessstellen mit einer Tiefe von 25 m gemäß Forderung der Baubehörde erstellt, um die Wassertemperatur und -qualität in den oberen wasserführenden Schichten vor dem Erstellen des Erdsondenfeldes und später während des Betriebes in regelmässigen Abständen (vierteljährlich) bestimmen zu können. Die Bauauflagen für die Errichtung und den Betrieb dieses Erdsondenfeldes sind sehr hoch, da das Feld in einer Trinkwasserschutzzone III erstellt wurde.
Als Verfüllmaterial wird eine Bentonit-Suspension verwendet, die wasserundurchlässig ist und die die einzelnen wasserführenden Schichten voneinander trennt.
Bei 4 Erdsonden trat in einer Tiefe von ca. 20 m Spülwasserverlust auf. Durch die sich in dieser Tiefe befindlichen Kiesschicht konnte das Spülwasser entweichen. Die Bohrungen mussten verrohrt werden, d.h. es wurden bis zu einer Tiefe von 25 m Hüllrohre mit einem Durchmesser von ca. 200 mm eingebracht, die vor dem Verfüllen der Bohrlöcher wieder ausgebaut wurden.
Anfang Januar 2001 begann das Setzen der Erdsondenschächte, in welchen die einzelnen Rohre der Erdsonden zusammengefasst und dann mit einer Hauptleitung in die Technikzentrale eingeführt werden.
Die Gesamtanlage hat mit der Fertigstellung des Gebäudes im vierten Quartal 2001 seinen Betrieb aufgenommen.