Entwicklung eines Messverfahrens zur Bestimmung des effektiven thermischen Bohrlochwiderstands von Erdwärmesonden

Erdwärmesonden sind vertikal oder teilweise auch schräg in den Untergrund eingebrachte Wärmeübertragungssysteme. Die Wärmetransporteigenschaften von Erdwärmesonden im (quasi-)stationären Betriebszustand sind durch den effektiven thermischen Bohrlochwiderstand charakterisiert, der in zahlreichen gängigen Erdwärmesondenauslegungsprogrammen entweder berechnet oder als einer der zentralen Parameter direkt eingegeben werden kann.

In dieser Arbeit wird ein neues Mess- und Auswerteverfahren zur Ermittlung des effektiven thermischen Bohrlochwiderstands von Erdwärmesonden entwickelt und überprüft. Im Gegensatz zum bekannten Verfahren des Thermal Response Tests wird damit eine verbesserte Genauigkeit erreicht und die untersuchten Erdwärmesonden können nach der Versuchsdurchführung außerdem zerstörungsfrei rückgebaut werden. Auf diese Weise werden bei 19 Erdwärmesonden die Einflüsse verschiedener, in bisherigen Felduntersuchungen nicht (zuverlässig) quantifizierbarer Faktoren auf den effektiven thermischen Bohrlochwiderstand untersucht und mit Hilfe von vergleichenden Erdwärmesondenanlagenauslegungen bewertet. Im Zuge dessen wird der auf einen Referenzbohrlochdurchmesser zu beziehende referenzierte effektive thermische Bohrlochwiderstand als vereinfachtes Bewertungskriterium definiert.

Zur Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit zukünftiger Anlagenauslegungen werden für die untersuchten Erdwärmesondenkonfigurationen zudem kalibrierte Schenkelabstände der Sondenrohre ermittelt, die im Gegensatz zu den heute üblicherweise verwendeten Schätzwerten des Schenkelabstands eine realistischere Berechnung des effektiven thermischen Bohrlochwiderstands bei der (Vor-)Auslegung von Erdwärmesondenanlagen ermöglichen.