DE102008056753B4

DE102008056753B4 - Verfahren zum Herstellen eines untertägigen Sondenfeldes

Info

Publication number: DE102008056753B4
Application number: DE102008056753A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dr. 72664 Bayer
Original assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2008-11-11
Filing date: 2008-11-11
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2028-11-12
Also published as: DE102008056753A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Sondenfeldes, bei dem in offener Bauweise Sondenrohre (6; 8) für einen fluiden Wärmeträger verlegt und sodann rekultivierend mit Erdreich bedeckt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Sondenrohre (6; 8) von einer Tragschale (9) überwölbt oder in einer auflastbeständigen Bettungsmasse verlegt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines untertägigen Sondenfeldes, dessen Sonden im Vor- und im Rücklauf mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise mit Wasser betrieben werden, das Erdwärme aufnimmt und in einem Wärmetauscher wieder abgibt.
Die Sondenrohre verlaufen bei derartigen Verfahren wegen des weniger aufwendigen Einbringens in das Erdreich vorzugsweise horizontal, beispielsweise auch sternförmig, ausgehend von einem Schacht, in dem auch ein Wärmetauscher angeordnet sein kann. Sie bestehen üblicherweise aus konzentrischen Rohren, d. h. aus einem am Ende verschlossenen Außenrohr für den Vorlauf und einem am Ende offenen Innenrohr für den Rücklauf. Oder es kommen Einfachrohrsysteme zur Verwendung, die jedoch auf irgendeine Weise einen geschlossenen Kreislauf, beispielsweise mit U-förmigem Rohrverlauf ergeben müssen.
Trotz der erdoberflächennahen Anordnung der Rohre ist die Herstellung derartiger Sondenanlagen sehr aufwendig, weil in jedem Fall ein System von Erdbohrungen hergestellt und mit Sondenrohren ausgestattet werden muss.
Zwar gibt es zahlreiche steuerbare Erdbohrverfahren und -vorrichtungen, mit deren Hilfe sich Schutz-, Produkt- oder Sondenrohre ins Erdreich einbringen lassen. Diese Verfahren sind jedoch sehr aufwendig, weil sie in aller Regel zumindest eine Startbaugrube und häufig auch eine Zielbaugrube sowie ein Bohrgerät erfordern, mit dessen über ein Gestänge angetriebenem Bohrkopf nicht nur das Erdreich abgebaut, zumindest aber seitlich verdrängt und verdichtet wird. Das an der Ortsbrust abgebaute Erdreich muss in der Regel auch abgefordert werden. Das kann beispielsweise mit Hilfe einer Förderschnecke, die mit dem Bohrkopf einen gemeinsamen Antrieb besitzt, zur Startbaugrube hin geschehen.
Der Sondendurchmesser ist dabei jedoch je nach der Bodenbeschaffenheit und der Maschinenleistung begrenzt; er beträgt in der Regel 25 bis 50 mm, oder auch bis 200 mm.
Andererseits ist aber auch ein hydraulisches Abfördern möglich, wenn beispielsweise über das Bohrgestänge der Ortsbrust Wasser oder auch eine Bentonit/Wasser-Suspension zur Verbesserung der Abbaubedingungen und der Stabilität der Bohrung zugeführt wird. In jedem Falle bedarf es jedoch – ggf. nach einem Abtrennen des Bohrkleins von der Flüssigkeit – auch eines Abtransports und eines Deponierens des Bohrkleins mit entsprechenden Kosten.
Schließlich ist außer dem Rohrdurchmesser auch die Länge der einzelnen in das Erdreich einzubringenden Rohrschüsse begrenzt; sie beträgt allgemein 1 bis 10 m und erfordert eine entsprechend häufige Unterbrechung des Rohrvortriebs sowie einen Zeitverlust infolge der Notwendigkeit, die Rohrschüsse miteinander zu verbinden.
Nicht minder aufwendig ist das Herstellen einer Pilotbohrung, die sodann im Rückwärtsgang mit Hilfe eines Aufweitkopfs an dem Bohrgestänge ein- oder und mehrmalig aufgeweitet wird, bis schließlich beim letzten Aufweiten das Arbeitsrohr beispielsweise ein Produktrohr mit eingezogen wird.
Aus der DE 42 34 367 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Sondenfelds in einem rekultivierten Braunkohlebergwerk bekannt, wobei vor dem Verfüllen der Grube Rohre oder Rohrbündel für ein Sondenfeld und zusätzlich Kühlwasserableitungsrohre aus einem Kraftwerk in der Grube verlegt werden und daraufhin eine Verfüllmasse aus Erdreich und Grundwasser bestehend eingebracht wird. Das Verfahren beruht darauf, dass sich die in dem aufgeheizten Kühlwasser der Kühlwasserableitungsrohre enthaltene Wärme zunächst auf die Verfüllmasse und dann auf die Rohre des Erdwärmesystems überträgt.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Schaffung untertägiger Sondenfelder bereit zu stellen.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß in einem Verfahren, bei dem im Zuge einer Tagebau- oder Steinbruchrekultivierung zunächst in offener Bauweise Sondenrohre für einen fluiden Wärmeträger im Vor- und Rücklauf beispielsweise U-förmig verlegt und sodann rekultivierend mit Erdreich bedeckt werden, wobei die Sondenrohre von einer Tragschale überwölbt werden oder in einer auflastbeständigen Bettungsmasse verlegt sind, um die Sondenrohre beim oder nach dem Rekultivieren vor einer Deformation zu schützen; denn die Überdeckung der Tagebausohle kann nach dem Rekultivieren durchaus einige hundert Meter betragen, woraus sich erhebliche Auflasten ergeben.
Auf diese Weise nutzt die Erfindung in üblicher Weise erschöpfte Tagebau- oder Steinbruchareale nach der Erschöpfung, d. h. übliche offene Abbaubereiche vor dem Rekultivieren zum Verlegen von Erdwärmesonden. Die freie Zugänglichkeit der Abbauflächen erlaubt dabei ein müheloses Verlegen der Sondenrohre in beliebiger Konfiguration und insbesondere in wärmetechnisch geringstmöglichen Abstand voneinander.
Dabei können die Sondenrohre in einer gut wärmeleitenden Bettungsmasse, beispielsweise in einer Schüttung aus Sand, Lehm, Ton und Lockergestein verlegt werden. Die Schüttung kann die Wärmeleitfähigkeit erhöhende Zumischungen, beispielsweise Grafit, Gießersand, Metallpulver sowie Eisenpulver- oder Schlamm enthalten. Sie kann auch Bindemittel zur Verbesserung der Auflastbeständigkeit wie Zement oder Kalk enthalten.
Die Tragschale kann im Querschnitt etwa halbkreisförmig sein.
Wegen der praktisch unbeschränkten Zugänglichkeit der Solflächen von Tagebaugruben macht es keine Probleme in das Sondenfeld auch Behälter wie Tanks zum Speichern der Wärmeträgerflüssigkeit einzubeziehen. Von diesen Tanks führt dann eine Leitung zu einem oberirdischen Verbraucher.
Insgesamt ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren praktisch keine räumliche Begrenzung der Nutzung und fallen insbesondere trotz der späteren Tiefe der Anordnung des Sondenfeldes außer den Kosten für die Rohre und deren Verlegung praktisch kaum weitere zusätzliche Kosten an.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 zwei Schenkel einer U-förmig verlegten Sonde,
2 ein in einer Bettungsmasse verlegten Sondenschenkel,
3 ein unter einer Stützschale verlegten Sondenschenkel und
4 einen mit Stützflossen versehenen Sondenschenkel,
5 einen Sondenschenkel mit einer Behälterstrecke.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die Enden zweier Sondenrohre 1, 2 beispielsweise aus Stahl oder Kunststoff lose auf den nach dem Kohleabbau verbliebenen Boden 3 einer nicht näher dargestellten Grube; sie sind eingebettet in ein Wärme übertragendes Material 4, beispielsweise Sand, Ton oder Lehm und werden überdeckt von einer beim Rekultivieren üblichen Schüttung 5 aus Erdreich.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Sondenrohr 6 in ein gut wärmeleitendes Mörtelbett 7 zu verlegen, um eine günstige Auflastverteilung der Schüttung 5 zu erreichen. Andererseits kann ein Sondenrohr 8 auch von einer stabilen Tragschale 9 überdeckt sein, unterhalb der sich eine lose Schüttung 10 von Wärme gut übertragendem Material befindet.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung von speziellen Flossensonden 11 beispielsweise aus Stahl oder Kunststoff mit elliptischem Querschnitt und je einer Längsflosse 12 beiderseits des wasserführenden Sondenrohrs 13. Die Sondenrohre 14 können auch, wie in 5 dargestellt, mit einer rohrförmigen Behälterstrecke 15 versehen sein, die dazu dient, im warmen Bereich der Sonde 14 eine gewisse Speicherkapazität zu schaffen.
Die dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen, wie es möglicht ist, mit geringem technischem Aufwand, ggf. auch in mehreren Lagen übereinander, eine Nutzung von Erdwärme mit hoher Flächenleistung zu erreichen. Insofern ist der Flächenbedarf eines erfindungsgemäßen Sondenfeldes vergleichsweise gering. Dies erlaubt dessen Anordnung nicht nur in Tagebaugruben, sondern überall dort, wo ein gewollter Aushub aus anderen Gründen stattgefunden hat, beispielsweise auch in erschöpften Kiesgruben oder unter Neubau-Gebäudekomplexen oder Flughafenarealen

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Sondenfeldes, bei dem in offener Bauweise Sondenrohre (6; 8) für einen fluiden Wärmeträger verlegt und sodann rekultivierend mit Erdreich bedeckt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Sondenrohre (6; 8) von einer Tragschale (9) überwölbt oder in einer auflastbeständigen Bettungsmasse verlegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sondenrohre (6; 8) in einer Bettungsmasse mit guter Wärmeleitfähigkeit verlegt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, gekennzeichnet durch die Verlegung konzentrischer Rohre mit einem einseitig geschlossenen Außenrohr.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verlegung von Sondenrohren (6; 8) mit einem Speicherbehälter.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verlegung mehrerer Sondenfelder mit Abstand übereinander.