Der Nordflügel des Neuen Schlosses auf der Insel Herrenchiemsee ist im Inneren nach dem Tod Ludwigs II. als Rohbau verblieben. Bei Erschließungsplanung des Nordflügels zum Kulturzentrum wurde bereits im Vorfeld der Einsatz von Erdsonden erwogen.

Geologie

Da die Insel während der letzten Eiszeit als Härtling vom Gletscher herausgearbeitet wurde, lag die Vermutung nahe, dass ein entsprechend widerständiges Gebirge zu erwarten ist. Im Hinblick auf einen beträchtlichen Energieumsatz wurde schon im Vorfeld eine Bohrteufe von 250m avisiert. Laut geologischer Karte GK 25 Prien waren Miozäne Schlier und Sandmergel der Oberen Süßwassermolasse (Helvet) sowie ein eingeschalteter Kalksandstein als Untergrund zu erwarten.

Bohrungen

Im Vorfeld wurde in Absprache mit dem Münchener Bergamt ein Bergrechtlicher Betriebsplan erstellt. Anlässlich einer Pilotbohrung im Juli 2009 konnten diese Annahmen bestätigt werden. Am Bohrgerät Comacchio MC 900P der Fa. Abt wurde mit einer Verrohrung von d=193,7mm ein 5-Zoll-Hammer COP 54 eingesetzt; weiter ein Bit mit d=170mm, planer Fläche und runden Warzen. Die Verrohrung konnte aufgrund der üppigen Maschinenleistung problemlos auf 60m Teufe mitgefahren werden. Danach wurde ein fliegender Preventer eingebaut und der Bohrstrang frei weiter gefahren. Es hat sich gezeigt, dass bis zu einer Teufe von etwa 175m ein akzeptabler Fortschritt erzielt werden konnte; ab dieser Teufe war eine stetige Verringerung des Bohrfortschritts festzustellen, welcher sich in Nähe der Endteufe auf 60min/m reduziert hat. Es wurde vermutet, dass dieses „Erlahmen“ einerseits auf die grenzwertige Dimensionierung von Kompressor und Hammer, andererseits auf das Erreichen des genannten Kalksandsteinpakets zurückzuführen ist.

Untersuchungen und Rückschlüsse

Am Bohrloch der Pilotbohrung wurde eine geophysikalische Untersuchung mit den Parametern Temperatur, Leitfähigkeit, Bohrlochwiderstand, Gamma, Kaliber und Abweichung/Richtung gefahren. Wie aus neueren Temperaturlogs bereits bekannt, wurde bis in eine Teufe von etwa 80m eine gleichbleibende Temperatur von ca. 9,5° C gemessen; ab dieser Teufe wurde eine stetige Temperaturzunahme bis knapp 12°C auf Endteufe registriert. Die geringe Ausgangstemperatur ist hier wohl auf die Wasserdecke des Chiemsees zurückzuführen, welche eine langfristige Erwärmung bremst. Angesichts der Planung, welche auch eine Klimatisierung mittels der Erdsonden vorsieht, kam dieser Umstand der Konzeption entgegen. Weiteres markantes Ergebnis war die Abweichung aus der Senkrechten mit gut 27m in südlicher Richtung. Dies resultiert aus den nach N einfallenden Schichten der Aufgerichteten Vorlandsmolasse mit etwa 18° aus der Waagrechten; skeptische Stimmen äußerten zu diesem Zeitpunkt Zweifel, dass sich Bohrungen im geplanten Sondenfeld bei „wilder Abweichung“ möglicherweise zu nahe kommen könnten. Temperaturlog, Widerstand und Leitfähigkeit erbrachten die Erkenntnis dass nur geringfügiger Wasserzutritt zu verzeichnen ist.

Sonden, Response-Test, Verpressungen

Die Sonde der Dimension 40x3,7 Duplex wurde mit Hilfe eines Einbau- und Injektionsgestänges ohne weitere Störung eingebracht. Die Verpressung wurde mittels Kolloidalmischer im Kontraktorverfahren durchgeführt; hierbei wurde in insgesamt 4 Etappen durchgeführt; in Endtiefe, bei 180m, bei 120m mittels Injektionsgestänge, bei 60m mittels Verpress-Schlauch DA32mm. An der Pilotsonde wurde vom Büro UbeG, Wetzlar, ein Thermal-Response-Test durchgeführt, welcher den Büros Dr. Knorr (München, Simulation des Kältekreises) und Ottitsch (München, Heizung) das nötige Rüstzeug zur weiteren Planung lieferte. Der Test ergab aufgrund der thermischen Eigenschaften des Untergrundes und der angepassten hohen Wärmeleitfähigkeit des Hinterfüllmaterials Fischer GeoSolid 235 (2,35 W/mK) sehr gute Ergebnisse in Form eines geringen Bohrlochwiderstandes (0,08 W/ mK).

Planung, Einrichtung, Werkzeuge

Auf Grundlage der Ergebnisse wurde ein Erdsondenfeld mit 18 Bohrungen in 2 Reihen geplant. An Ostern 2010 richtete die Firma Abt Wasser- und Umwelttechnik auf Mindelheim mit zwei identischen Bohrgeräten (Comacchio MC 900P) die Baustelle ein. Eine besondere Schwierigkeit bereitete hier die logistische Planung, da die Versorgung mit Diesel und die Beschickung mit Bohrgut-Containern mit der staatseigenen Fähre erfolgen musste. Durch den Bohrpunkte-Abstand von 20m waren große Distanzen zu bewältigen; es wurde daher jeder Bohrtrupp mit einem Radlader ausgestattet; diese konnten auch bei ungünstiger Witterung die Versorgung auf dem Sondenfeld (Wiese) sicherstellen. Auf Grund der Erfahrungen mit der Pilotsonde wurden bei identischen Durchmessern (siehe oben) Imlochhämmer vom Typ COP 64 eingesetzt; diese wurden zusätzlich mit Schock-Absorber betrieben, um das grenzwertig schwach dimensionierte Bohrgestänge mit d=88,9mm vor Schäden zu schützen. Tatsächlich konnte die Bohrkampagne ohne Havarien durchgezogen werden. Mit Einsatz von Kompressoren mit 20 m³/min bei 28 bar konnte letztendlich eine Leistung von 1,5 bis 2 Tagen je fertige Sonde und Bohrtrupp erzielt werden. Erwartungsgemäß war der Bohrfortschritt ab einer Teufe von ca. 200m deutlich vom Maß der Wasserzugabe im Druckluftstrom abhängig. Der Verbrauch wurde auf ca. 3 Liter Diesel je Bohrmeter ermittelt. Der Einsatz von planen bzw. konkaven Bits, mit runden bzw. ballistischen Warzen erbrachte keine nennenswerte Unterschiede. In einer weiteren geophysikalischen Untersuchung wurden die Ergebnisse der Pilotbohrung bestätigt; hierbei war besonders wichtig, dass eine identische Abweichung des Bohrstrangs aus der Lotrechten in südlicher Richtung bestätigt werden konnte. Das Einbringen der Sonden konnte dank des Einsatzes eines Einbau-Gestänges durchweg ohne Schwierigkeiten bewerkstelligt werden.

Logistik

Die Lieferung der Sonden der Firma Frank GmbH erfolgte mittels einer Palette je Sonde in waagrechter Position, wodurch die Einbauhaspel in einfacher Weise montiert und das Bündel ohne Gefahr von Beschädigungen hochgezogen werden kann. Der kompakte Sondenfuß eignet sich zur problemlosen Positionierung des Einbaugestänges.

Verpressung des Ringraumes

Bekanntlich hat sich im Erdsondenwesen in jüngster Zeit der Fokus zunehmend auf eine sichere Verpessung mit geeignetem Material gerichtet; es bleibt die Hoffnung, dass sich die hierbei gültigen Qualitätskriterien in naher Zukunft durchsetzen werden. Nach Sondeneinbau wurde die Suspension im Kontraktorverfahren in das Bohrloch eingebracht. Für das Verpressen des Bohrlochringraumes verwendet die Firma Abt die Fertigbaustoffe der Firma Fischer; beim vorliegenden Bauvorhaben wurde nach Rücksprache mit der Fachbehörde, dem Wasserwirtschaftsamt (WWA) Rosenheim der Hinterfüllbaustoff Fischer GeoSolid 240 eingesetzt. Zum Anmischen der Suspension wurden zwei GERTEC Chargenmischer (Kolloidalmischer) der Typen IS-38-E und IS-90-60-M eingesetzt. Bei diesem Verfahren wird der Trockenbaustoff mit einer vom Hersteller festgelegten Wassermenge vorgemischt; die homogenisierte Suspension wird anschließend in einen Vorratsbehälter gepumpt und über eine Feststoffpumpe in den Verpress-Strang überführt. Diese Technik bietet dem Anwender folgende Vorteile. Suspension mit definierter Rezeptur durch Vormischen im Mischbehälter; permanentes Verpressen durch Vorratsbehälter; optimale Benetzung des Trockenbaustoffes durch separates Aufmischen. Es empfiehlt sich unabhängig von den voreingestellten Wasser-/Baustoffmenge die Dokumentation und Qualitätskontrolle der Suspensionsdichte mit einer Spülungswaage oder eine Dichtemessung durch „Auslitern“ (Digitalwaage+Becher). Bei den Verpressarbeiten der vorliegenden Baumaßnahme wurden Suspensionsdichten zwischen 1,88 und 1,92 kg/Liter (Herstellervorgabe: 1,9 kg/Liter) erreicht. Analog zur Pilotsonde wurde in insgesamt 4 Etappen verpresst. Das Gestänge verblieb dabei jeweils etwa 10 m unterhalb des Suspensionsspiegels, um ein homogenes Verpressen des Bohrloches zu gewährleisten. Nach dem Ziehen der Verrohrung wurden die obersten Meter des Bohrlochs verpresst. Die Kontrolle des Absetzverhaltens zeigte bei den 15 erstellten Bohrungen ein „Nachsacken“ bzw. Setzungsverhalten von 0 – 50 cm nach Aushärtung. An der Oberfläche verfestigte sich der Baustoff nach 1-2 Tagen je nach Witterung, Labortests definieren das Erreichen der Hauptdruckfestigkeit (>10,0 N/mm²) nach ca. 28 Tagen. Der errechnete Verbrauch (ca. 5000 Liter Suspension/Bohrloch), der vorab veranschlagt wurde, deckte sich mit dem tatsächlichen Verbrauch.

Anschluss der Sonden

Aus Kostengründen wurde die ursprünglich angedachte Anlage mit 2 Schächten auf einen zentral angeordneten Sammler/Verteilerschacht geplant. Mit den Planungsvorgaben der Büros Dr. Knorr und Ottitsch wurde der Schacht von der Firma Frank GmbH konzipiert und aufgebaut. Um die Erdbewegungen möglichst gering zu halten, wurden die Register im Schacht vertikal angeordnet; die Leitungen im Graben können damit übereinander verlegt werden, wodurch die Grabenbreite auf einem Mindestmaß beschränkt bleiben kann. Die Anschlussarbeiten wurden durch ungünstige Witterungsverhältnisse immer wieder verzögert. Um der Schacht gegen Aufschwimmen bei Starkregen zu schützen, musste dieser mit Trinkwasser gefüllt werden. Zusätzlich gab es Schwierigkeiten mit der Logistik, da die Fähre wegen Hochwasser nur eingeschränkt benutzt werden konnten.

Fazit

Es ergeht der Appell an Planer, Firmen und Behörden, auch größere Vorhaben entschlossen und mutig anzugehen, um dieser Form der regenerativen Energie letztendlich zum Durchbruch zu verhelfen. Unser Dank gilt allen beteiligten Firmen sowie der Schloss- und Gartenverwaltung Herrenchiemsee für die Unterstützung bei diesem in vieler Hinsicht außergewöhnlichen Vorhaben.

Baujahr2010
Heizleistung200 kW
Kühlleistung140 kW
Anzahl der Bohrungen16
maximale Tiefe250 m
Gesamtbohrmeter~4000 m
Materialien
  • Wärmepumpe: Trane
  • Erdwärmesonden: Frank GmbH 40mm Doppel-U PE100 RC
  • Verfüll-Baustoffe: Fischer GeoSolid 240

Partner für Verfüllbaustoffe

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91560 Heilsbronn

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Sonstige beteiligte Firmen

  • Bauherr: Freistaat Bayern, vertreten durch das Staatliche Bauamt Rosenheim, Wittelsbacher Straße 11, 83022 Rosenheim

  • Generalübernehmer: Bayerische Verwaltung der staatlichen Schlösser, Gärten und Seen, Schloss Nymphenburg, Eingang 16, 80638 München

  • Planer Geothermie: Ingenieurbüro Dr. Knorr GmbH, Ulrich-von-Hutten-Straße 55, 81739 München

  • Planer TGA: Ingenieursbüro Ottitsch GmbH & Co. KG, Kronwinkler Straße 24, 81245 München

  • Architekt: Atelier Achatz Architekten, Falkenstraße 21, 81541 München

  • Bohrfirma: Abt Wasser- und Umwelttechnik, Daimlerstraße 2, 87719 Mindelheim

Bohrarbeiten am Schloss

Bohrarbeiten am Schloss

Verfüllen des Ringraumes mit Fischer GeoSolid 240

Verfüllen des Ringraumes mit Fischer GeoSolid 240

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