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EWS-tech Weiterentwicklung der Erdwärmesonden-Technologie

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Steger, Hagen; Huttenloch, Petra; Zorn, Roman; Schlager, Petra; Eckhardt, Jörg-Detlef; Haist, Michael; Stober, Ingrid; Zemann, Moritz; Riegger, Mathieu; Rolker, Julian

2016

Projektbericht - Abschlussbericht

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Beschreibung

Mit dem Verbund-Forschungsvorhaben EWS-tech der Projektpartner Solites, dem European Institute for Energy Research (EIFER), dem Institut für Angewandte Geowissenschaften (AGW) sowie der Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (MPA Karlsruhe) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) sollen grundlegende Fragestellungen zur Verfüllqualität von Erdwärmesonden (EWS) gelöst werden. Hierzu wurde ein dreistufiges Vorgehen aus Labor-, Technikums- und Realmaßstabsversuchen gewählt. Im Labormaßstab wurden detaillierte Charakterisierungen von 15 Erdwärmesondenverfüllbaustoffen hinsichtlich wesentlicher chemisch-physikalischer Basisparameter (Feststoff- und Wasseranteil, Viskosität, Sedimentationsverhalten, Festigkeit etc.) und Untersuchungen zur Verfüllbaustoff- und Systemdurchlässigkeit sowie der Langlebigkeit von Erd¬wärmesondenverfüllbaustoffen in der Gegenwart sulfataggressiver oder saurer Grundwässer durchgeführt. Außerdem wurde durch zwei weitere Untersuchungsszenarien an vier ausgewählten Baustoffen deren Robustheit gegenüber verringerter Temperatur und gegenüber einer Änderung des Wasser/Feststoffgehalts untersucht. Aufbauend auf den Charakterisierungsversuchen im Labor wurden 36 Technikumsversuche zur Visualisierung des Verfüllvorgangs durchgeführt, die ein Verständnis des Verfüllvorgangs und der Fehlstellenbildung zum Ziel hatten. In einem oberirdischen Prüfstand mit 6 m Höhe wurde dabei der Einfluss unterschiedlicher Parameter (wie z.B. Art und W/F-Wert des Verfüllbaustoffs, Sondenart, Anmischintensität und -zeit, Verfüllgeschwindigkeit etc.) auf die Verfüllqualität untersucht. Mit den im Forschungsprojekt EWS-tech durchgeführten acht Realmaßstabsversuchen sollten die in den Labor- und Technikumsversuchen ermittelten Erkenntnisse verifiziert werden. Hierfür wurde ein Prüfstand mit zwei mehrfach nutzbaren Versuchsbohrungen erstellt, der den zerstörungsfreien Rückbau von 30 m tiefen Erdwärmesonden erlaubt und somit die Analyse des tatsächlichen Zustands der Hinterfüllung ermöglicht. Aufbauend auf der Korrelation der Ergebnisse und Erkenntnisse aus den Labor-, Technikums-, und Realmaßstabsversuchen können Labor-Prüfkriterien und baustellentaugliche Prüfkriterien für Erdwärmesondenverfüllbaustoffe sowie Handlungsempfehlungen zur qualitätsgesicherten Verfüllung von Erdwärmesonden erarbeitet werden. Diese können in behördliche Leitlinien oder Vorschriften etc. aufgenommen werden. Die ermittelten Prüfkriterien können darüber hinaus als Grundlage einer Eigen- und Fremdüberwachung der Baustoffhersteller sowie einer Baustoffzulassung dienen. Die gewonnenen Erkenntnisse zur Langzeitstabilität von Verfüllbaustoffen sollen als Grundlage für eine Bewertung des Schadenspotentials von möglicherweise gefährdeten bereits bestehenden Erdwärmesonden dienen. Zusammenfassend wird mit dem Forschungsvorhaben EWS-tech damit zu einer signifikanten Qualitätsverbesserung bei der Erstellung von Erdwärmesonden beigetragen.