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Baustellendokumentation einer Erdwärmeanlage

Eckdaten

Bauvorhaben: EFH mit 148,78 m2 Wohnfläche
Ort Bad Rappenau / OT Fürfeld
Zeitraum der Errichtung der Anlage:  4. Bis 7.Mai 2015
Heizleistung der Wärmepumpe: 6,0 kW (Waterkotte EcoTouch Ai1Geo 5006.5)
Durchflussmenge  Quellseite: 1.500 l/h
Auslegung der Anlage: 5 Stränge a 10 Absorber-Modul e für 5 kW Entzugsleistung
Besonderheit der Anlage: Nutzung der Anlage zur Energierückgewinnung aus dem Abwasser
Ausführende Firma: Albert Flechsig Rothenkirchen e.K. mit Unterstützung durch Steffen Karr, Erd- und Landschaftsbau, Bad Rappenau

Das Bild zeigt den Beginn der Erdarbeiten.

Viele Menschen wissen gar nicht, auf welche Kostbarkeiten sie täglich ihre Füße setzen – nämlich auf jede Menge Energie, die sich in der Erde versteckt und ganz leicht zugänglich ist. Zum Beispiel mit einem Absorber-System, das ohne großen Aufwand und mit geringstem Flächenbedarf in Alt- und Neubauten installiert werden kann, da es die Wärme nutzt, die sich gleich unter der Erdoberfläche verbirgt. Die Bodenplatte war bereits gegossen; Leerrohre für Vor- und Rücklauf der Sole zwischen dem bereits definierten Standort des Sole-Verteilers und dem künftigen Haustechnikraum waren darunter bereits verlegt und es wurde auf einen Winkel von max. 15° geachtet, damit sich später die 40 mm PE-Rohre gut durchschieben lassen.

Nachfolgendes Bild zeigt das ursprüngliche Verlegeschema in Verbindung mit den Abwasserrohren

Die blauen Felder markieren die Gräben für die Stränge. Hierbei handelt es sich um 3 Gräben mit einer Länge von 5,5 m und einen Graben (rechts) mit ca. 10,5 m Länge.

Die Absorber selbst haben eine Länge von ca. 1m.

In einem 5 m langen Graben werden immer 5 Absorber miteinander verschweißt und in eine Richtung auf der einen Seite des Grabens verlegt und mit einem zweiten Teilstrang auf der anderen Seite des Grabens über ein 32 mm PP-Rohr verbunden.

Spätere Bilder zeigen dieses sehr anschaulich (siehe auch nebenstehendes Anschluss-Schema).

Im 10 m langen Graben wurden zwei dieser eben beschriebenen U-förmigen Stränge hintereinander verlegt. Ebenso hätte an jeder Grabenseite ein 10m – Strang hintereinander verlegt werden können, deren Rückläufe dann am hinteren Ende angeschlossen und in der Mitte des Grabens verlegt worden wären. Spätere Fotos werden zeigen, dass entgegen der gezeichneten Planung des Verlaufs der Abwasserrohre diese letztlich zwischen die Absorber so verlegt wurden, dass eine Energierückgewinnung optimal möglich ist.

Hinweis in eigener Sache:

Die Einbeziehung der Abwasser-Rohre in die Energiebilanz wurde nicht in der Auslegung der Anlage berücksichtigt. Eine Anlage mit 5 Strängen a 10 Absorber-Modulen ist in Deutschland unter allen Bodenarten, außer trockenem Kies und Fels, für eine Entzugsleistung von 5 kW bei einer Durchflussmenge von 300 l/h & Strang =1.500 l/h ausgelegt. Die Teilstränge oder die Stränge der Anlage selbst müssen mit einem Abstand von 70 cm in einer Tiefe von 1,5 m (Unterkante; Überdeckung 1,15 m) verlegt werden.

Hier bekommt das Erdreich garantiert eine 100 %-ige Regeneration über die Sommermonate durch den in die Erde eindringenden  Regen.

Aushub der 3 Gräben a 5,5m


Ausgehobener Graben über 10m Länge
5,5m Graben mit Stich zur Abwasserleitung (re.) Schachtarbeiten im Bereich der Leerrohre zum Haustechnikraum

Gleichzeitig steht, durch den Abstand von 70 cm, unseren dünn-wandig und turbulent durchströmten Absorbern in senkrechter Einbaulage eine solche Kubatur Erdreich zur Verfügung, die ausreichend ist, für eine vollwertige Heizung über die gesamte Heizperiode und den Bedarf an Warmwasser. Eine korrekte Wärmebedarfsberechnung und eine darauf basierende Auslegung der Anlage sind selbstredend eine Grundvoraussetzung für deren zuverlässiges über Jahrzehnte andauerndes Funktionieren.

Der Aushub ist geschafft

Ideal für die Verlegung einer Anlage ist ein Trupp von 4 Arbeitern. Während zwei Arbeiter den Tiefbau erledigen, beschäftigen sich die anderen beiden Arbeiter mit der Vormontage des Systems außerhalb der Gräben.

Je nach Transportmöglichkeit kann ein Teil der Vormontage bereits im Werk geschehen.

ACHTUNG: auf die unterschiedliche Richtung der Schweißbögen achten) und links im Bild eingeschweißte Reduziermuffen für die Anschlüsse der Vor- und Rückläufe.

Eingeschweißtes 65 cm PP-Rohr für das Verbinden der beiden Stranghälften.

Zur Beachtung: Frisch verschweißte Elemente immer ca. 20 min auskühlen lassen, bevor mit diesen weitergearbeitet werden kann.

Das war bereits am Morgen des zweiten Tages. Der erste Tag endete mit dem kompletten Aushub der Gräben und der kompletten Vormontage der Absorber zur Vorbereitung des Verlegens in den Gräben.

Beginn der Montage und Ausrichtung der Absorber in den Gräben inkl. Verlegung der Abwasserleitung zwischen den Absorbern. Im Bild sind bereits zwei verbundene Teilstränge zu sehen.
ACHTUNG: Erst Teilstränge verbinden, dann Schweißgerät abkühlen lassen und den 32-er Schweißdorn gegen den 25-er Schweißdorn tauschen.

Während der Abkühlzeit des Schweißgerätes können die 40-er Vor- und Rücklaufrohre durch die Leerrohre geschoben und der Sole-Verteilerschacht angebracht werden.

Die Abwasserrohre wurden sorgfältig eingesandet und in ihrem Gefälle gewissenhaft Für die Anlage genügt später das aus den unteren Schichten ausgehobene Erdreich zum Verfüllen. Nur wenn dieses Erdreich zu steinig ist, müssen auch die Absorber eingesandet werden.

Anschluss des Soleverteiler-Schachtes

Im Soleverteiler-Schacht befinden sich die eigentlichen Soleverteiler für Vor- und Rücklauf zu bzw. von den Absorber-Strängen. Der Verteiler für die Vorläufe ist mit Strangregulierern ausgestattet,anhand derer nach Inbetriebnahme der Wärmepumpe die einzelnen Absorber-Stränge abgeglichen werden (ACHTUNG: Vorlauf heißt: Von der Wärmepumpe zu den Absorbern).

Hinter dem Verteilerschacht muss eine Hartschaumisolierung die Bodenplatte (oder ggf. Kellerwand) vor dem Auskühlen  schützen.

Nach dem hydraulischen Abgleich soll jeder Strang mit 5 l/min durchflossen werden.

Die nach unten abgehenden Steckstutzen sind, wie die gesamte  Anlage, aus PP. Diese werden mit den 25 mm – Rohren (Vor- und Rückläufe zu den Absorber-Strängen) mit ON 25 PP-Schweißmuffen im sogenannten Muffe­ Dorrn-Schweißverfahren (wie die gesamte  Anlage) verschweißt.

Die Verteilerbalken selbst sind aus PE. Die Anschlüsse der Rohre zum Haustechnikraum erfolgt demzufolge über branchenübliche Elektroschweißmuffen.

Auch in diesem Fall gilt, wie vorher bereits beschrieben, dass nach Anschweißen der DN25 Schweißmuffen an die Steckstutzen am Verteilerschacht 20 min vergehen müssen, bis die Schweißverbindungen soweit abgekühlt sind, dass die Rohre daran verschweißt werden können.

TIPP: Die DN25 Schweißmuffen lassen sich auch bereits bequem vorher anschweißen, bevor der Verteilerschacht auf der Baustelle ist oder zumindest, bevor er angebracht ist.

Die Leerrohre werden, nachdem die Vor- und Rücklaufrohre verlegt sind, mit Ringraumdichtungen vor eindringendem Wasser  geschützt.

Druckprüfung

Die vollständig und gewissenhaft protokollierte Druckprüfung ist die Grundlage für eine verlängerte Gewährleistung über 10 Jahre seitens des Herstellers. Diese verlängerte Gewährleistung tritt nur in Kraft, wenn das Druckprüfungsprotokoll binnen kurzer Zeit (i.d.R. 14 Tage) vom Bauherren, vom Prüfer und vom Bauleiter unterschrieben bei dem Energie Projekt vorliegt. Die Anlage ist zunächst eine Stunde mit Luft (4 bar) abzudrücken und danach über 12 h mit Sole, ebenfalls 4 bar. Für die Druckprüfung mit Sole ist die Anlage vorher zu befüllen und zu Entlüften (Spülen).

Während die Druckprüfung mit Luft steht, kann die Armatur für den Anschluss der Spülpumpe zum Befüllen der Anlage mit Sole vorbereitet werden.

Die Sole kann als fertiges Gemisch oder als Konzentrat geliefert werden.
Fertiggemische haben den Vorteil, dass Sie das Mischen auf der Baustelle ersparen. Der Nachteil ist, dass sie nur in unhandlichen 60 oder 200 Liter Gebinden geliefert werden (und man eine Menge Wasser durch die Gegend fährt).
Konzentrat liefern wir in transportfreundlichen 30 Liter Gebinden.

Beim Mischen ist auf das richtige Verhältnis zu achten. Die Anlage wird mit einem Gemisch mit Frostschutz bis minus 15 °C betrieben.
Im Normalerweise verwendeten Ethylen-Glykol-Gemisch bedeutet das 29 % Konzentrat und 71 % Wasser.
Hier auf dieser Baustelle musste aufgrund der ausgewiesenen Wasserschutzzone 3 ein lebensmittelechtes Propylen­ Glykol-Gemisch verwendet werden. Hier beträgt das Mischungsverhältnis 35 % Konzentrat zu 65 % Wasser.
ÜBRIGENS: Die Erdwärme-Anlage ist nicht Genehmigungs-,sondern nur anzeigepflichtig.
Nur in Wasserschutzzonen bedarf die Errichtung der Anlage und das verwendete Wärmeträger-Medium (Sole; Wasser-Glykol-Gemisch) einer Baugenehmigung.

Mischen der Sole-Flüssigkeit

Ein gutes Hilfsmittel:Ein Kanister mit Markierungen für das richtige Mischungsverhältnis.

 

Nach dem Befüllen und Spülen der Stränge wir die Druckprüfung mit Sole vorbereitet. Beim Spülen/Entlüften werden erst alle Stränge gemeinsam gespült, dann jeder Strang einzeln, bis keinerlei Luftbläschen im offenen Sole-Gefäß sichtbar sind.

Druckprüfung mit Sole

Die Druckprüfung mit Sole erfolgt mit 4 bar und dauert 12h.

Sie dient, nach erfolgter Prüfung mit Luft, in der Gewährleistung einer Langzeit-Sicherheit des Systems. Erfahrungsgemäß treten innerhalb dieser 12h unter dem vierfachen des normalen Arbeitsdruckes Schwächen zutage, die sonst erst im laufenden Betrieb der Anlage sichtbar würden.

Die Druckprüfung mit Sole unterliegt einigen Besonderheiten.

Zunächst wird der Druck auf 4 bar angehoben und die Absperrhähne verschlossen, so dass die Anlage unter Druck bleibt.

Um auszuschließen, dass noch Luft in der Anlage ist, muss beim Aufbau des Druckes (durch Verschließen des Rücklaufs) der Solespiegel genau beobachtet werden. Sinkt er während des Druckaufbaus, ist noch Luft im System. Bleibt der Solespiegel konstant, beginnt die Druckprüfung.

Zunächst wird der Druck binnen der ersten halben Stunde aufgrund der Dehnung des Materials um bis zu 0,5 bar sinken. (Dies passiert aufgrund der Kompressionsfähigkeit der Luft bei der ersten Druckprüfung nicht.)

Steht der Druck nach einer halben Stunde stabil,sollte ein Protokollfoto des Druckmessers angefertigt werden. Idealerweise ist das der Abschluss eines Arbeitstages.

Am nächsten Morgen (nach mind. 12 h) ist der Druck erneut abzulesen.

Jetzt darf es nur noch eine minimale Abweichung zum Druck vor 12 h geben, die sich aus Volumenänderungen durch Temperaturschwankungen (nachts kalt; tags zuvor warm) ergibt.

Einstellen des Prüfdrucks von 4 bar         Druck nach einer halben Stunde          Druck nach 12 Stunden

Dokumentieren der Anlage Beschriften der Vor- und Rückläufe

Um jederzeit eine Kontrolle über die Funktionsfähigkeit der Anlage zu bekommen und ggf. Fehler genau lokalisieren zu können, müssen die Absorber-Stränge gut kartographiert und nummeriert werden.

Vor- & Rücklauf im Haustechnikraum beschriftet.

Beschriftung der Verteilerbalken im Soleverteiler-Schacht

Beginn des Verfüllens der Gräben

Vor Beginn des Verfüllens wir der Prüfdruck der Anlage zunächst auf den Arbeitsdruck von ca. 1bar abgelassen. Jetzt ist folgendes Phänomen zu beobachten: Nachdem der Prüfdruck auf ca. 1bar abgelassen wurde, steigt der Druck wieder um bis zu 0,5 bar an: Hier geht einfach die Dehnung des Materials, die unter 4 bar stattgefunden hat, zurück. Dieser nun anliegende Druck zwischen 1,5 und 2 bar bleibt während der gesamten Verfüll-Arbeiten bestehen, um durch unsachgemäßes Befüllen verursachte Schäden an der Anlage sofort zu erkennen.

Während der Bagger vorsichtig steinarmes bindiges Erdreich oder bindige Sande bis zur Oberkante der Module einfüllt, sorgen Arbeiter dafür, dass Erde beidseitig der Absorber gut verteilt anliegt.
Bis dahin verwendete Stützpfeiler oder ähnliche Elemente zur vertikalen Ausrichtung der Module können nun, nachdem die Absorber durch das Verfüllen stabilisiert sind, entfernt werden.
Nachdem die Module bis zur Oberkante verfüllt sind, werden diese eingeschlämmt.
Nur so entsteht eine kompakte Verbindung zwischen den Absorber-Flächen und dem Erdreich ohne Lufteinschlüsse, die im Erdreich wie ein Isolator wirken würden. Nur durch das Einschlämmen wird gewährleistet, dass die Anlage von Anfang an die konzipierte Entzugsleistung erzielt.

 

Nach erfolgtem Einschlämmen werden die Gräben mit dem Aushub verfüllt und verdichtet.
ACHTUNG: Die Oberflächen über der Anlage dürfen nicht versiegelt werden. Also Rasengittersteine sind in Ordnung; geschlossenes Pflaster nicht.

Wir hoffen das wir Ihnen einen Überblick der Arbeitsabläufe verschaffen konnten und würden uns über Kommentare freuen. Ihr Energie Projekt Team.

 

 

Zu den Anlagengrößen und Preisen

 

Eine Baustellendokumentation Erdwärme-Kollektoranlage

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