Bohrloch hinterfüllen
Erdwärmesonde mit Hinterfüllung
- Jede Erdwärmesonde muss korrekt hinterfüllt werden
- Die Hinterfüllung ist entscheidend für den Grundwasserschutz und die Funktion der EWS
- Die Hinterfüllung muss von unten nach oben eingebracht werden
- Die sorgfältige Hinterfüllung muss kontrolliert werden
- Besser wärmeleitfähiges Hinterfüllmaterial ist zu empfehlen, oft ist es auch notwendig
- Das Bohrunternehmen sollte ein Gütesiegel haben
- Berechnung Hinterfüllmaterial-Mengen
Jede Erdwärmesonde muss korrekt hinterfüllt werden
Nach der Absenkung der U-Rohre der Erdwärmesonde (EWS) muss der Hohlraum zwischen der Bohrlochwand und den Kunststoffrohren mit einem dauerhaft leicht flexiblen Mörtel vollständig ausgefüllt werden. Dies wird Hinterfüllung oder auch Verpressung genannt. Der spezielle Mörtel wird auch als Suspension oder Verpressmaterial bezeichnet.
Die Hinterfüllung ist entscheidend für den Grundwasserschutz und die Funktion der EWS
Die Hinterfüllung hat zwei wesentliche Aufgaben:
- Einen vertikalen Grundwasserfluss verhindern
- Wärmeleitung zwischen der Rohrwand und dem Gestein sicherstellen
Weiter kann die Hinterfüllung auch das Bohrloch gegen Einsturz stützen, dort wo in lockerem Gestein gebohrt wurde. Die Erdwärmesonden-Rohre werden vor Bohrloch-Einstürzen geschützt. Bei Erdwärmesonden über
200 m Tiefe werden die Kunststoffrohre zudem von aussen gestützt, falls kein Wasser im Boden vorhanden ist. Der statische Innendruck (infolge der Wassersäule) von z. B. 20 bar bei 200 m Tiefe kann so das Rohrmaterial nicht überdehnen.
Die Hinterfüllung muss von unten nach oben eingebracht werden
Mit der Erdwärmesonde wird ein 5. Rohr, das unten offen ist, mit abgesenkt. Durch dieses Kontraktor-Rohr oder Verpressrohr wird von oben her das angemischte Hinterfüllmaterial hinunter gepresst. Der Hohlraum zwischen der Bohrlochwand und den Kunststoffrohren wird so von unten nach oben mit frischem Hinterfüllmaterial vollständig aufgefüllt. Fertig ist die Hinterfüllung, wenn oben am Bohrloch das Hinterfüllmaterial erscheint.
Das Hinterfüllmaterial wird üblicherweise auf der Baustelle gemischt. Entweder wird eine Mischung aus Bentonit, einem natürlichen Tonmaterial, Zement und etwas Sand vermischt und mit Wasser angerührt. Oder es wird eine fertige Mischung verwendet, die in Säcken angeliefert wird und auf der Baustelle nur noch mit Wasser angerührt werden muss. Auf dem Markt gibt es verschiedene Anbieter, welche diverse solcher Mischungen anbieten. Es dauert einige Tage, bis dieser Mörtel vollständig ausgehärtet resp. abgebunden ist, ausserdem wird dabei Abbindewärme freigesetzt.
Um eine korrekte Qualität des Hinterfüllmaterials zu sichern, ist ein Fertigprodukt zu empfehlen. Dabei ist wichtig, dass der Mörtel genau nach Herstellerangaben gemischt wird.
Die sorgfältige Hinterfüllung muss kontrolliert werden
Damit die Hinterfüllung ihre Aufgaben erfüllen kann, muss sie sorgfältig gemacht werden. Insbesondere bei tiefen Bohrungen (ab 200 m) und bei Bohrungen, die weite Strecken durch Lockermaterial führen, ist dies kein einfaches Unterfangen und braucht genügend Zeit sowie erfahrene Bohrmeister, um die Hinterfüllung korrekt erstellen zu können. Nachträglich kann kaum mehr festgestellt werden, ob die Hinterfüllung korrekt eingebracht wurde oder nicht. Eine lückenhafte Hinterfüllung kann die Funktion der EWS beeinträchtigen, ihre Lebensdauer verringern, das Grundwasser gefährden oder zu Schadensfällen führen. Es sollte darum auf der Baustelle kontrolliert werden, ob die Hinterfüllung richtig gemacht wird. Insbesondere ist für die Hinterfüllung genügend Zeit einzuplanen, da der Mörtel nur relativ langsam durch das Kontraktor-Rohr gepresst werden kann.
Um eine korrekte Qualität des Hinterfüllmaterials zu sichern, ist ein Fertigprodukt zu empfehlen. Dabei ist wichtig, dass der Mörtel genau nach Herstellerangaben gemischt wird.
Besser wärmeleitfähiges Hinterfüllmaterial ist zu empfehlen, oft ist es auch notwendig
Um eine gute Wärmeleitung zu gewährleisten, sollte ein Hinterfüllmaterial gewählt werden, welches eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit aufweist als heute übliches Hinterfüllmaterial oder als ein selbst gemischer Mörtel. Dieser verbesserte Mörtel wird thermisch verbessertes Hinterfüllmaterial genannt.
Die Wärmeleitfähigkeit des Hinterfüllmaterials wird mit dem Lambda-Wert angegeben, dieser sollte mindestens
2 W/mK betragen. Solches thermisch verbessertes Hinterfüllmaterial ist ca. 5 bis 6 Franken pro Laufmeter teurer. Diese Mehrkosten rechnen sich aber über die Jahre, da sich mit einem verbesserten Hinterfüllmaterial die Temperatur im Sondenfluid um 1,5 bis 2 °C erhöht, und somit die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe erheblich besser wird.
Thermisch verbessertes Hinterfüllmaterial muss ausserdem eingesetzt werden, wenn mit der EWS auch gekühlt werden soll, wenn ein Sondenfeld erstellt wird, oder wenn die Sonde mit reinem Wasser betrieben werden soll. In diesen Fällen ist eine gute Wärmeübertragung an das Erdreich sehr wichtig. Deswegen überwiegen in solchen Fällen die Vorteile des teureren Hinterfüllmaterials deutlich.
Thermisch verbessertes Hinterfüllmaterial soll aber nicht dazu dienen, die EWS weniger tief als üblich zu bohren, ansonsten sind die Vorteile hinfällig.
Wenn möglich, sollte das Hinterfüllmaterial auch frostbeständig sein (ausser bei EWS, die mit reinem Wasser betrieben werden). Eine Wärmepumpe kann technisch gesehen leicht in den Gefrierbereich gefahren werden, wenn z.B. wesentlich mehr Wärme genutzt wird als vorgesehen. Viele Hinterfüllmaterialen, insbesondere auch selbst gemischte, zerbröseln nach einigen Frost-Tau-Wechseln förmlich und können ihre Aufgabe dann nicht mehr wahrnehmen.
Das Bohrunternehmen sollte ein Gütesiegel haben
Neben den oben genannten Empfehlungen ist insbesondere darauf zu achten, dass die Bohrung durch ein professionelles Bohrunternehmen ausgeführt wird. Professionelle Unternehmen verfügen über ein "Gütesiegel für Erdwärmesonden-Bohrfirmen" (siehe Quelle:FWS, 2010).
Berechnung Hinterfüllmaterial-Mengen
Das Microsoft Excel-Werkzeug zur Berechnung von Hinterfüllmaterial-Mengen richtet sich an Bauherren, die schnell und einfach die Liefermenge einer Fertigmischung für eine Erdwärmesonde auf ihrer Baustelle überprüfen wollen.