{"id":25861,"date":"2025-05-20T14:53:00","date_gmt":"2025-05-20T13:53:00","guid":{"rendered":"https:\/\/verdaenergy.de\/platzsparende-sondenfelder-im-bestand\/"},"modified":"2025-05-20T14:53:00","modified_gmt":"2025-05-20T13:53:00","slug":"platzsparende-sondenfelder-im-bestand","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/verdaenergy.de\/en\/platzsparende-sondenfelder-im-bestand\/","title":{"rendered":"Platzsparende Sonden\u00adfelder im Bestand"},"content":{"rendered":"
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\n \"Das<\/p>\n

Fraunhofer IEG<\/p>

Das Prinzip der Schr\u00e4gbohrtechnik: Von einem zentralen Ansatzpunkt werden Bohrungen in einem Winkel von 10\u00b0 abgeteuft.<\/figcaption><\/figure>\n

Die oberfl\u00e4chennahe Geothermie hat sich als eine Schl\u00fcsselkomponente f\u00fcr nachhaltige Heiz- und K\u00fchlsysteme etabliert. Eine von der Fraunhofer-Einrichtung f\u00fcr Energieinfrastrukturen und Geotechnologien IEG entwickelte Schr\u00e4gbohrtechnik erm\u00f6glicht es nun, Erdw\u00e4rmesondenfelder auch in st\u00e4dtischen Gebieten mit begrenztem Platzangebot umzusetzen.<\/b><\/p>\n

Nachdem das Fraunhofer IEG das Geostar-System als Forschungsprojekt f\u00fcr den eigenen Bedarf entwickelt hat, wurde eine \u00fcberarbeitete Version an der Hochschule Bochum implementiert. Geostar 2.0 nutzt die Schr\u00e4gbohrtechnik, um Erdw\u00e4rme aus einer Tiefe von 150\u202fm zu erschlie\u00dfen. Dabei hat das Bohrteam von einem zentralen Ansatzpunkt zw\u00f6lf Bohrungen in einem Winkel von 10\u00b0 abgeteuft. Die (ungest\u00f6rte) Temperatur in 150\u202fm liegt relativ konstant bei 12\u202f\u00b0C.<\/p>\n

Nun beheizen und k\u00fchlen zw\u00f6lf in einem sternf\u00f6rmigen Muster angeordnete Erdw\u00e4rmesonden das Audimax der Hochschule Bochum. Diese Methode erm\u00f6glicht eine signifikante Reduzierung des Fl\u00e4chenbedarfs an der Oberfl\u00e4che. Das ist besonders in st\u00e4dtischen Gebieten, wo der Platz begrenzt ist, von Vorteil. Das Auditorium hat 350 Sitzpl\u00e4tze und eine Auslegungsheizlast von 95\u202fkW und einer K\u00fchllast von 55\u202fkW (passive K\u00fchlung).<\/p>\n

Geringer Platzbedarf im urbanen Umfeld<\/h2>\n
\n \"Die<\/p>\n

Fraunhofer IEG<\/p>

Die Bohrungen wurden mit der institutseigenen Bohranlage Bo.Rex durchgef\u00fchrt. Die zus\u00e4tzlichen Investitionen in die Bohrtechnik f\u00fcr die Schr\u00e4gbohrungen sind gering.<\/figcaption><\/figure>\n

Erdw\u00e4rmesondenfelder werden im Normalfall in einem regelm\u00e4\u00dfigen Rechteckraster erstellt, wobei zwischen den einzelnen Sonden mindestens 6\u202fm, im reinen Heizbetrieb besser 10\u202fm Abstand liegen. Dies soll garantieren, dass die gegenseitige thermische Beeinflussung \u00fcber die gesamte Sondenl\u00e4nge m\u00f6glichst gering ist.<\/p>\n

Der daraus resultierende Platzbedarf ist im urbanen Umfeld jedoch selten verf\u00fcgbar. Und da f\u00fcr die Errichtung gr\u00f6\u00dferer Anlagen mit der thermischen Leistung auch die notwendige Anzahl an Erdw\u00e4rmesonden bzw. Sondenmetern steigt, war der Einsatz der Schr\u00e4gbohrtechnik eine zielf\u00fchrende L\u00f6sung.<\/p>\n

\u201eZwar kommt es zu einer gr\u00f6\u00dferen gegenseitigen thermischen Beeinflussung im oberen Bereich, wo die Sonden sich sehr nahe sind\u201c, erl\u00e4utert Gregor Bussmann, Ansprechpartner beim Fraunhofer IEG. \u201eDie vorherigen Simulationen \u2013 im Nachgang validiert durch die Ergebnisse des Monitorings \u2013 zeigen aber, dass dies durch den gr\u00f6\u00dferen mittleren Abstand \u00fcber die gesamte L\u00e4nge \u00fcberkompensiert wird.\u201c<\/p>\n

Ein weiterer, gro\u00dfer Vorteil lag darin, dass der Bauablauf f\u00fcr den H\u00f6rsaalneubau mit umfangreichen Gr\u00fcndungsarbeiten nicht durch die Bohrarbeiten f\u00fcr die Erdw\u00e4rmeanlage beeinflusst wurde, da nicht auf den Bereich der sp\u00e4teren \u00dcberbauung zur\u00fcckgegriffen werden musste. Beide Gewerke konnten somit zeitlich parallel, aber r\u00e4umlich getrennt voneinander umgesetzt werden.<\/p>\n

Geologische Herausforderungen<\/h2>\n

Die geologischen Bedingungen am Standort Bochum Querenburg erforderten besondere Ma\u00dfnahmen bei der Bohrtechnik: Die geologischen Schichten fallen dort besonders steil ein \u2013 mit einem Neigungswinkel von 70\u00b0 nach S\u00fcdosten bzw. nach Nordwesten \u2013 und f\u00fchren daher zu einer Ablenkung der Bohrung. Dies konnte bei der Geostar 2.0-Bohrung jedoch durch eine ebene Vorbereitung des Bohrplatzes, die Nutzung von Anbohr- und Gest\u00e4ngef\u00fchrungen sowie Schwerstangen und Stabilizern problemlos und weitgehend kostenneutral ausgeglichen werden. <\/span><\/p>\n

Unter Ber\u00fccksichtigung dieser Ma\u00dfnahmen konnten die Forschenden mit der institutseigenen Bohranlage Bo.Rex die Schr\u00e4gbohrtechnik erfolgreich implementieren. Zus\u00e4tzlich tauschte das Bohrteam den zun\u00e4chst verwendeten hydraulisch betriebenen Imlochhammer gegen einen PDC-Mei\u00dfel. Unter Zuhilfenahme von Sp\u00fclungszus\u00e4tzen wie etwa Polymere konnten die Herausforderungen der Geologie gut bew\u00e4ltigt werden.<\/p>\n

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Begehbares Verteilerbauwerk<\/b><\/h4>\n
\n \"Der<\/p>\n

Fraunhofer IEG \/ Felix Jagert<\/p>

Der Eingang zum Verteilerbauwerk wurde mit Mehrwert f\u00fcr die Aufenthaltsqualit\u00e4t gestaltet.<\/figcaption><\/figure>\n

Um die Schr\u00e4gbohrtechnik greifbar zu machen, wurde an der Hochschule Bochum ein begehbares Verteilerbauwerk geschaffen, das in die Campusumgebung integriert ist. Es bietet Besuchenden die M\u00f6glichkeit, die geothermische Anlage zu betreten und mehr \u00fcber die Funktionsweise zu erfahren.<\/p>\n

Das begehbare Verteilerbauwerk zeigt die Anbindung der Erdw\u00e4rmesonden an den Verteilerbalken sowie die Technik zur Regelung und \u00dcberwachung der Anlage. Das Fraunhofer IEG bietet auf Anfrage Gruppenf\u00fchrungen f\u00fcr Planerinnen und Planer aus den Bereichen TGA, Stadtwerke und Energietechnik an.<\/p>\n

www.ieg.fraunhofer.de<\/a><\/p>\n<\/div>\n

Aus der Forschung in die Praxis<\/h2>\n

Geostar 2.0 ist bereits die zweite erfolgreiche Implementierung der Schr\u00e4gbohrtechnik in Deutschland. Die erste Version versorgt seit mehreren Jahren das Fraunhofer IEG auf dem Bochumer Campus mit W\u00e4rme und K\u00e4lte. Anlass f\u00fcr die Entwicklung war: Obwohl es sich um einen Neubau auf der gr\u00fcnen Wiese handelte, war nicht genug geeigneter Platz f\u00fcr die Errichtung ausreichend vieler Erdw\u00e4rmesonden vorhanden.<\/p>\n

Die Dimensionierung und Simulation im Vorfeld der Baut\u00e4tigkeiten ergab einen Bedarf von vier W\u00e4rmepumpen mit einer Leistung von jeweils 41,7\u202fkW zur W\u00e4rme-\/K\u00e4lteversorgung in Kombination mit 17 Erdw\u00e4rmesonden \u00e1 200\u202fm L\u00e4nge. Dabei galten die folgenden Fl\u00e4chenrestriktionen (siehe Bild):
<\/span>\u25cf S\u00fcdlich des Grundst\u00fccks schlie\u00dft sich unmittelbar die Grundst\u00fccksgrenze an.
<\/span>\u25cf Westlich liegt eine Gr\u00fcnfl\u00e4che der Hochschule, die erst kurz zuvor abschlie\u00dfend gestaltet wurde. Au\u00dferdem verl\u00e4uft ein gro\u00dfer Medienkanal der Hochschule Bochum und der Ruhruniversit\u00e4t Bochum unter der Fl\u00e4che.
<\/span>\u25cf N\u00f6rdlich stellt die Freifl\u00e4che eine gewidmete Reservefl\u00e4che f\u00fcr eine m\u00f6gliche Erweiterung der Stadtbahn dar.
<\/span>\u25cf \u00d6stlich schlie\u00dft sich ein Bohrfeld f\u00fcr wissenschaftliche Zwecke an, welches nicht durch eine produktive Anlage zur W\u00e4rmeversorgung limitiert werden sollte.
<\/span>\u25cf Und direkt unter dem Gel\u00e4nde befindet sich eine historische Steinkohlekleinzeche in rund 70\u202fm Tiefe, die es nicht erlaubt die Fl\u00e4chen zwischen den Geb\u00e4uden zu nutzen.<\/p>\n

\n \"Beim<\/p>\n

Fraunhofer IEG<\/p>

Beim Neubau des Fraunhofer IEG in Bochum war nicht genug Platz f\u00fcr die Errichtung ausreichend vieler Erdw\u00e4rmesonden auf konventionelle Weise. Deshalb wurden hier 17 schr\u00e4ge Erdw\u00e4rmesonden mit 200\u202fm Tiefe installiert.<\/figcaption><\/figure>\n

Anstelle eines \u00fcblichen Sondenfeldes haben die Forschenden an dieser Stelle daher 23 Schr\u00e4gbohrungen mit 200\u202fm Tiefe installiert. 17 von ihnen wurden zu Erdw\u00e4rmesonden ausgebaut. Weitere 6 Bohrungen dienen dem Monitoring der Anlage. So konnten in den vergangenen Jahren die grundlegenden Planungsparameter der Dimensionierung und Simulation mit den realen Betriebsdaten abgeglichen werden.<\/p>\n

Ausblick<\/h2>\n

In Deutschland existieren \u00fcber 400.000 Anlagen, die Erdw\u00e4rmesonden in Verbindung mit W\u00e4rmepumpen nutzen. Bei der Errichtung solcher Anlagen sind ausreichende Freifl\u00e4chen im Bestand oft nicht verf\u00fcgbar.<\/p>\n

Die Schr\u00e4gbohrtechnik bietet eine L\u00f6sung, indem sie die Erdw\u00e4rmesonden von einem zentralen Ansatzpunkt aus mit geneigten Bohrungen erstellt. Dies verringert den Platzbedarf an der Oberfl\u00e4che erheblich und erm\u00f6glicht die Erschlie\u00dfung von Erdw\u00e4rme unter bestehenden Geb\u00e4uden.<\/p>\n

Das Geostar-Design erschlie\u00dft f\u00fcr geothermische W\u00e4rmepumpenanlagen zus\u00e4tzliche Umsetzungsoptionen, die \u00fcber konventionell angeordnete Erdw\u00e4rmesondenfelder nicht umsetzbar w\u00e4ren. <\/span><\/p>\n

Besonders r\u00fccken hierbei gr\u00f6\u00dfere Bestandsimmobilien oder Bestandskomplexe in den Fokus, beispielsweise die umfangreichen Best\u00e4nde von Wohnungsgesellschaften oder -genossenschaften in Deutschland. In konkreten Bebauungsstrukturen, die durch geringe Freifl\u00e4chenanteile gekennzeichnet sind, ergibt sich somit ein weiterer Baustein f\u00fcr eine erfolgreiche Energie- und W\u00e4rmewende.<\/p>\n

Ein weiterer gro\u00dfer Vorteil: Umsetzbar sind die Bohrungen und der Einbau der Erdw\u00e4rmesonden dabei grunds\u00e4tzlich mit marktverf\u00fcgbarer Technologie und Verfahren. Die zus\u00e4tzlichen Investitionen in die Bohrtechnik \u2013 Gest\u00e4ngef\u00fchrung, Schwerstangen und Stabilizer \u2013 f\u00fchren zu keinen signifikanten Mehrkosten f\u00fcr die Schr\u00e4gbohrungen. <\/span><\/p>\n

Der Prozess der Bohrung bis zur fertig installierten und angebundenen Erdw\u00e4rmesonde erfordert keine zus\u00e4tzlichen zeitlichen oder finanziellen Ressourcen.<\/p>\n

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\n Dipl.-Ing. Holger Born <\/span><\/span>\n <\/p>\n

\n ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IEG in Bochum<\/span>\n <\/p>\n<\/p><\/div>\n

Oliver Tjaden<\/p>\n<\/div>\n

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\n Jonas G\u00fcldenhaupt <\/span><\/span>\n <\/p>\n

\n ist Leiter des Bohrbetriebs am Fraunhofer IEG in Bochum<\/span>\n <\/p>\n<\/p><\/div>\n

Oliver Tjaden<\/p>\n<\/div>\n

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Das Fraunhofer IEG<\/b><\/h4>\n

Die Fraunhofer-Einrichtung f\u00fcr Energieinfrastrukturen und Geotechnologien IEG forscht an sieben Standorten auf den Gebieten integrierter Energieinfrastrukturen, Geothermie und Sektorenkopplung. <\/span><\/p>\n

Die Forschungseinrichtung entwickelt Ideen, Technologien und Strategien f\u00fcr die n\u00e4chste Phase der Transformation der Energiesysteme. Seine Forschenden verstehen sich als unabh\u00e4ngiger Vordenker f\u00fcr Politik, Wirtschaft, Regulierung und Gesellschaft.<\/p>\n

Durch die Gr\u00fcndung des Fraunhofer IEG leistet die Fraunhofer-Gesellschaft einen wesentlichen Beitrag daran, die M\u00e4rkte f\u00fcr die Anwendung von geothermischen Energiesystemen, der Speicherung von Energietr\u00e4gern und Technologien zur Kopplung der Energiesektoren W\u00e4rme, Strom und Verkehr noch gezielter zu erschlie\u00dfen.<\/p>\n

Schwerpunkte des Fraunhofer IEG sind Energieinfrastrukturen und Sektorenkopplung, W\u00e4rmebergbau und Speicherung, Bohrlochtechnologien, Georessourcen und die Entwicklung der daf\u00fcr ben\u00f6tigen Technologiebausteine, Energietechnik, CO2<\/sub>-Abscheidung und Wasserstoff.<\/p>\n

www.ieg.fraunhofer.de<\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n