Grundwasserschutz bei Erdwärmesondenanlagen

Annette Oberle1, André Voutta2, Thomas Rumpelt1
1 Smoltczyk und Partner GmbH
2 André Voutta Grundwasserhydraulik

O 12.5 in Thermische Grundwassernutzung

14.04.2016, 11:45-12:00, Audimax A, Geb. 30.95

 

 

Für den Neubau eines Bürogebäudes in Stuttgart-Möhringen  wurde zur Deckung des Heiz- und Kühlbedarfs eine Geothermieanlage mit 44 rund 120 m tiefen Erdwärmesonden hergestellt, wobei 32 Sondenköpfe überbaut wurden. Die Erdwärmesonden durchdringen zwei Grundwasserleiter, die Angulatensandsteinschichten des Unteren Jura und die Stubensandsteinschichten des Keupers, getrennt durch den Grundwassergeringleiter, den Knollenmergel. Zum Schutz des Grundwassers erteilte die Genehmigungsbehörde, das Amt für Umweltschutz der Stadt Stuttgart, die folgenden Auflagen:

§  Die Grundwassertemperatur im Bereich des Sondenfeldes sollte sich über das Jahr weitestgehend regenerieren. 

§  Nur eine geringe Ausbreitung der Temperaturfahne in die Umgebung des Sondenfelds ist erlaubt.

§  Der Nachweis der Dichtigkeit der Hinterfüllung der überbauten Erdwärmesonden muss erbracht werden.

§  Ein Monitoring der Grundwassertemperatur ist während des Betrieb erforderlich.

Über die Anwendung eines Grundwasserströmungsmodells gekoppelt mit Wärmetransport wurde nachgewiesen, dass selbst nach dreißigjährigem Betrieb der Geothermieanlage sich die Grundwassertemperatur durch den alternierenden Betrieb von Heizen (Wärmeentzug) und Kühlen (Wärmeeintrag) weitestgehend regeneriert. Außerdem zeigten die Berechnungen, dass die Grundwassertemperaturen in 10 m Entfernung vom EWS-feld deutlich weniger als 5 Kelvin und in 50 m Entfernung weniger als 2 Kelvin erhöht sein werden.   
Für die Hinterfüllung der Erdwärmesonden wurde ein magnetisch dotierter Dämmer verwendet. Über die Messung der magnetischen Suszeptibilität konnte der Verpressvorgang kontrolliert dokumentiert werden. Durch die Kontrollmessung nach dem Verpressen konnte nachgewiesen werden, dass funktionale Fehlstellen in der Hinterfüllung nicht vorliegen. Durch Aufnahme des GPS-Signals und des Datums-/Zeitprotokolls lagen somit ein fälschungssicherer Nachweis der sachgemäßen, technisch einwandfreien Verfüllung der EW-Sonden durch die Bohrfirma vor. Seit Mai 2015 ist die Methode in die Leitlinien Qualitätssicherung EW-Sonden Baden-Württemberg aufgenommen worden.    
Über kontinuierliche Temperaturmessungen mithilfe eines eingebauten Lichtwellenleiterkabels in einer EWS-Bohrung und Datenlogger in GW-Messstellen im Zu- und Abstrom kann beim Betrieb der Anlage zukünftig die Entwicklung der Grundwassertemperatur dokumentiert und mit der prognostizierten Temperatur verglichen werden.  
Drei Komponenten, die Berechnung der Auswirkungen des Wärmeeintrags und –entzugs mithilfe von numerischer Modellierung, die Verwendung magnetisch dotierten Dämmers und das kontinuierliche Monitoring der Temperatur garantieren somit den Grundwasserschutz im Bereich der EWS-Anlage, nicht nur thermisch, sondern auch zur Wahrung der Stockwerkstrennung und Vermeidung möglicher Schäden.



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