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Ringsonde

Gitterstruktur der Software ModTherm am Beispiel der Ringrohrsonde (hier nur das ebene Netz). Quelle: Wagner et al.

Eine Ringsonde oder Ringrohrsonde ist eine besondere Bauform einer Erdwärmesonde in Koaxialform. Der Ringraum einer Koaxialsonde wird dabei durch eine Vielzahl von Einzelrohren ersetzt.

Die Ringrohrsonde ist eine Zirkulationssonde, die über das Arbeitsmittel Wasser die Wärmeenergie nach oben transportiert. Der Wärmeüberträger hat durch seine Konstruktion, ähnlich wie bei anderen Koaxialsonden, eine wesentlich größere Übertragungsfläche und dabei eine geringere Wandstärke der Rohrwand, die einen hohen Wärmewiderstand aufweist. Bei der Sonde wird der Bohrlochradius auch als Kontur für die Wärmeübertragung vom Erdreich auf die Sonde eingesetzt und damit die maximale Fläche genutzt. In diesem Zusammenhang nimmt die Wärmeleitfähigkeit des Verfüllbaustoffes eine untergeordnete Bedeutung ein. Mit diesen Merkmalen erreicht man eine deutlich höhere Wärmeausbeute, die besonders in den Wintermonaten als Mehrleistung zur Verfügung steht. 

Die wirtschaftlichen Vorteile der Sonde ergeben sich durch die effizientere Ausnutzung der Wärmequelle Erdreich. Im Vergleich zu einer Doppel-U-Rohr-Sonde mit hochwärmeleitfähigem Verfüllbaustoff liegt die Winterleistung (Entzugsleistung) nach Herstellerangaben um ca. 14 % höher. Auch ohne wärmeleitfähigen Verfüllbaustoff verringert sich der Vorteil nur geringfügig. Es ist davon auszugehen, dass im Routinebetrieb eine RR-EWS mit normalem Baustoff zu gleichen Kosten wie eine Doppel-U-Rohr-Sonde mit wärmeleitfähigem Baustoff angeboten werden kann. Für die wohnliche Nutzung der Erdwärmeanlage ergibt sich im Vergleich der Sondentypen bei den Gesamtgestehungskosten für Wärme ein Vorteil von 5 %.

Für die Herstellung der Ringrohrsonde sind gegenüber der Doppel-U-Rohrsonde zusätzliche und kompliziertere technologische Schritte notwendig:

  • Die Verbindung des Sondenfußes und des Sondenkopfes mit den Rohren erfolgt durch eine Muffe-Dorn-Verschweißung analog, wie das auch bei einigen Doppel-U-Rohrkonstruktionen üblich ist. Nur sind bei der Ringrohrsonde 11 Rohre in den Sondenfuß und 10 Rohre gleichzeitig mit einem Schweißvorgang in den Sondenkopf einzuschweißen. Die Verbindung wird mit einer dafür entwickelten Vorrichtung unter Verwendung der genormten Muffen und Dorne hergestellt.
  • In einem weiteren technologischen Schritt wird das Rohrbündel aus z. B. 10 Stück DN16, 1 Stück DN40 und 1 Stück DN25 mit einem Gewebesack überzogen. Anschließend werden die DN16-Außenrohre mit dem Gewebesack verbunden und letztlich auf die Transport-/Einbautrommel gewickelt. Hier erfolgen auch die Dichtheitsprüfungen zur Endkontrolle. 

Literatur

Wagner, Rolf Michael; Häfner, Frieder; Müller, Marcus: Ringrohrsonde - Funktion und Praxiseinsatz für die oberflächennahe Geothermie. In: DGK (2017) 

HÄFNER, F.; WAGNER & R.;MEUSEL, L.: Bau und Berechnung von Erdwärmeanlagen. Berlin, Heidelberg : Springer-Verlag, 2015 

HÄFNER, F.; Meusel, L.; WAGNER, R.: Leistungsvergleich von Erdwärmesonden verschiedener Bauart. In: Zeitschrift bbr-Leitungsbau-Brunnenbau-Geothermie Nummer 05 (2017) 

WAGNER, R.; Heinemann, D.; HÄFNER, F.: Ringrohrerdwärmesonde - ein System mit optimiertem Wärmeentzug und sicherer Verfülltechnologie. In: Zeitschrift bbr-Leitungsbau-Brunnenbau-Geothermie Nummer 12 (2013)