Der Gebäudebestand in der Schweiz verursacht einen Großteil des gesamten jährlichen Energieverbrauchs. Kein Wunder, dass auch dort - gerade vor dem Hintergrund stetig steigender Energiepreise - das Thema "Energieeffizientes Bauen und Sanieren" auf der Tagesordnung steht. So wurde erst kürzlich das bekannte Schweizer Architektenhaus von Dr. Pierre Levis in Zumikon auf Basis des vom Zürcher Planungsbüro KEOTO entwickelten Gebäudekonzepts sowie der geothermischen Simulation des Schweizer Planungsbüros Geowatt AG erfolgreich energetisch saniert. Im Rahmen dessen erfolgten zugleich die ersten Verteufungen von koaxialen RAUGEO HPR Hochdruck-Tiefensonden (HPR = High Pressure Reinforced) aus dem Hause REHAU in einer Tiefe von 450 Metern.
Sanierungskonzept
Das 1965 von Architekt Ernst Gisel errichtete Gebäude besteht hauptsächlich aus Beton und Glas. Das ehrgeizig gesteckte Ziel des Gebäudes ist die Realisierung von null CO2-Emmissionen. Hierfür soll der bisherige Brennstoff Öl substituiert werden, während die Struktur und Architektur des Gebäudes unverändert bleibt. Das Sanierungskonzept der KEOTO AG basierte auf den Säulen einer Flachdachisolation, dem Einsatz von Photovoltaik-Hybridkollektoren, einer Wärmepumpe mit 80 Kilowatt und einem Erdsonden-Speicher bestehend aus zwei Koaxial-Sonden in einer Tiefe von 450 Metern.
Gemäß dem Energiekonzept soll im Sommerbetrieb das 30° Celsius warme Wasser, welches als Wärmeträgermedium im Sondenkreislauf eingesetzt wird, aus dem Photovoltaik-Hybridkollektor durch das wärmegedämmte Innenrohr der Koaxial-Sonde nach unten gefördert werden und von dort im äußeren Ringspalt der Koaxial-Sonde wieder nach oben strömen. Das umliegende Erdreich in einem Radius von etwa drei Metern wird damit im Sommer durch diesen künstlichen Wärmeertrag um rund 3 bis 4° Celsius über die natürliche ungestörte Erdreichtemperatur aktiv regeneriert.
Im Winterbetrieb soll das 12° Celsius warme Wasser von der Wärmepumpe kommend im äußeren Ringspalt der Sonde von oben nach unten geführt werden. Da das Erdreich in den oberen 75 Metern gegenüber dem Wasser keine signifikante Temperaturdifferenz aufweist, ist die Wärmeübertragung aus dem Erdreich noch relativ gering. Die Hauptwärmeübertragung erfolgt daher im Tiefenbereich zwischen 75 und 450 Metern. Am Fuß der Sonde wird eine Temperatur von 17° Celsius erwartet, die im isolierten Innenrohr nach oben transportiert werden soll. Aufgrund des thermischen Kurzschlusses zwischen Innen- und Außenrohr wird ein Temperaturverlust auftreten, der dank Isolation des Innenrohres auf 0,5 bis 1° Celsius reduziert wird. Die Rücklauftemperatur von der Sonde zur Wärmepumpe hin soll demnach eine Temperatur von 16° Celsius aufweisen.
Zur Generierung der an der Wärmepumpe benötigten Verdampferleistung von etwa 54 Kilowatt ist eine ermittelte spezifische Leistung von 60 Watt pro Meter der Sonde erforderlich. Dies entspricht einer aktiven Sondenlänge von etwa 900 Metern. Zum Einsatz kamen daher insgesamt zwei Sonden mit 450 Metern Länge in Kombination mit thermisch verbessertem Verfüllmaterial.
Installation der Tiefensonde
Die beiden Bohrungen auf einer Tiefe von 450 Metern wurden durch das ausführende Unternehmen trotz knapper Platzverhältnisse mit normaler Bohrgeschwindigkeit erstellt. Parallel zur Bohrung wurden die Sonden für den Einbau vorbereitet. Nach dem Platzieren des Trommelanhängers wurden die Koaxial-Sonden über den werkseitig montierten Sondenfuß mit Wasser befüllt und anschließend beidseitig verschlossen. Somit konnte die Verteufung bis auf eine Endteufe von 450 Metern erfolgen. Die Sonde konnte mit konstanter Geschwindigkeit in etwa 50 Minuten eingebracht werden. Dies entspricht einer Geschwindigkeit von rund 10 Metern pro Minute und ist vergleichbar mit der Einbaugeschwindigkeit einer herkömmlichen Doppel-U-Sonde aus PE. Nachfolgend wurde eine Druckprüfarmatur mithilfe von REHAU Schiebehülsen installiert, mit der die Druckprüfung erfolgreich durchgeführt werden konnte. Abschließend wurde das Bohrloch mit thermisch verbessertem Verfüllmaterial verpresst. Die Anlage wird ab dem Zeitpunkt der Inbetriebnahme von einem umfangreichen Monitoring begleitet, um die Ergebnisse der Simulation mit Realdaten zu vergleichen.
Stahlarmierte RAUGEO Hochdruck-Tiefensonde
Die neue stahlarmierte RAUGEO Hochdruck-Tiefensonde ist darauf ausgelegt, den auftretenden Gesamtdruck sowie ihr Eigengewicht bei Tiefen bis zu 800 Metern und Erdreichtemperaturen von bis zu 80 °Celsius selbständig tragen zu können. Zu diesem Zweck ist das Sondenrohr aus drei Schichten aufgebaut. Das Innenrohr besteht aus hochdruckvernetztem und spannungsrissbeständigem PE-Xa, das eine Temperaturbeständigkeit bis zu 95 °C aufweist. Dieses Innenrohr ist mit einer Armierung aus Edelstahldraht zur Aufnahme des Innendrucks umflochten. Zum Schutz dieser Armierung verfügt das Sondenrohr über eine äußere Mantelschicht aus zähem PE100. Alle Anschlüsse sind mittels werkseitig verpresster Anschlussfittings fest mit dem Rohr verbunden und werkseitig druckgeprüft.
Sanierungskonzept
Das 1965 von Architekt Ernst Gisel errichtete Gebäude besteht hauptsächlich aus Beton und Glas. Das ehrgeizig gesteckte Ziel des Gebäudes ist die Realisierung von null CO2-Emmissionen. Hierfür soll der bisherige Brennstoff Öl substituiert werden, während die Struktur und Architektur des Gebäudes unverändert bleibt. Das Sanierungskonzept der KEOTO AG basierte auf den Säulen einer Flachdachisolation, dem Einsatz von Photovoltaik-Hybridkollektoren, einer Wärmepumpe mit 80 Kilowatt und einem Erdsonden-Speicher bestehend aus zwei Koaxial-Sonden in einer Tiefe von 450 Metern.
Gemäß dem Energiekonzept soll im Sommerbetrieb das 30° Celsius warme Wasser, welches als Wärmeträgermedium im Sondenkreislauf eingesetzt wird, aus dem Photovoltaik-Hybridkollektor durch das wärmegedämmte Innenrohr der Koaxial-Sonde nach unten gefördert werden und von dort im äußeren Ringspalt der Koaxial-Sonde wieder nach oben strömen. Das umliegende Erdreich in einem Radius von etwa drei Metern wird damit im Sommer durch diesen künstlichen Wärmeertrag um rund 3 bis 4° Celsius über die natürliche ungestörte Erdreichtemperatur aktiv regeneriert.
Im Winterbetrieb soll das 12° Celsius warme Wasser von der Wärmepumpe kommend im äußeren Ringspalt der Sonde von oben nach unten geführt werden. Da das Erdreich in den oberen 75 Metern gegenüber dem Wasser keine signifikante Temperaturdifferenz aufweist, ist die Wärmeübertragung aus dem Erdreich noch relativ gering. Die Hauptwärmeübertragung erfolgt daher im Tiefenbereich zwischen 75 und 450 Metern. Am Fuß der Sonde wird eine Temperatur von 17° Celsius erwartet, die im isolierten Innenrohr nach oben transportiert werden soll. Aufgrund des thermischen Kurzschlusses zwischen Innen- und Außenrohr wird ein Temperaturverlust auftreten, der dank Isolation des Innenrohres auf 0,5 bis 1° Celsius reduziert wird. Die Rücklauftemperatur von der Sonde zur Wärmepumpe hin soll demnach eine Temperatur von 16° Celsius aufweisen.
Zur Generierung der an der Wärmepumpe benötigten Verdampferleistung von etwa 54 Kilowatt ist eine ermittelte spezifische Leistung von 60 Watt pro Meter der Sonde erforderlich. Dies entspricht einer aktiven Sondenlänge von etwa 900 Metern. Zum Einsatz kamen daher insgesamt zwei Sonden mit 450 Metern Länge in Kombination mit thermisch verbessertem Verfüllmaterial.
Installation der Tiefensonde
Die beiden Bohrungen auf einer Tiefe von 450 Metern wurden durch das ausführende Unternehmen trotz knapper Platzverhältnisse mit normaler Bohrgeschwindigkeit erstellt. Parallel zur Bohrung wurden die Sonden für den Einbau vorbereitet. Nach dem Platzieren des Trommelanhängers wurden die Koaxial-Sonden über den werkseitig montierten Sondenfuß mit Wasser befüllt und anschließend beidseitig verschlossen. Somit konnte die Verteufung bis auf eine Endteufe von 450 Metern erfolgen. Die Sonde konnte mit konstanter Geschwindigkeit in etwa 50 Minuten eingebracht werden. Dies entspricht einer Geschwindigkeit von rund 10 Metern pro Minute und ist vergleichbar mit der Einbaugeschwindigkeit einer herkömmlichen Doppel-U-Sonde aus PE. Nachfolgend wurde eine Druckprüfarmatur mithilfe von REHAU Schiebehülsen installiert, mit der die Druckprüfung erfolgreich durchgeführt werden konnte. Abschließend wurde das Bohrloch mit thermisch verbessertem Verfüllmaterial verpresst. Die Anlage wird ab dem Zeitpunkt der Inbetriebnahme von einem umfangreichen Monitoring begleitet, um die Ergebnisse der Simulation mit Realdaten zu vergleichen.
Stahlarmierte RAUGEO Hochdruck-Tiefensonde
Die neue stahlarmierte RAUGEO Hochdruck-Tiefensonde ist darauf ausgelegt, den auftretenden Gesamtdruck sowie ihr Eigengewicht bei Tiefen bis zu 800 Metern und Erdreichtemperaturen von bis zu 80 °Celsius selbständig tragen zu können. Zu diesem Zweck ist das Sondenrohr aus drei Schichten aufgebaut. Das Innenrohr besteht aus hochdruckvernetztem und spannungsrissbeständigem PE-Xa, das eine Temperaturbeständigkeit bis zu 95 °C aufweist. Dieses Innenrohr ist mit einer Armierung aus Edelstahldraht zur Aufnahme des Innendrucks umflochten. Zum Schutz dieser Armierung verfügt das Sondenrohr über eine äußere Mantelschicht aus zähem PE100. Alle Anschlüsse sind mittels werkseitig verpresster Anschlussfittings fest mit dem Rohr verbunden und werkseitig druckgeprüft.
