Hinterfüllkontrolle für Erdwärmesonden – Beurteilung einer magnetischen Methode = Borehole heat exchanger backfilling control - Evaluation of a magnetic method

Bei der Installation von Erdwärmesonden ist die Vermeidung hydrogeologischer Schadensfälle mit einer adäquaten Hinterfüllung essenziell. In dieser Studie wurde ein magnetisches Suszeptibilitätsmesssystem zur Hinterfüllkontrolle im Labormaßstab untersucht. An mit Magnetit dotierten Verfüllbaustoffproben wurde die Sensoreindringtiefe und Sensitivität ermittelt sowie die unbekannten Messwerte des Messsystems nachvollzogen. Zudem wurde das Potenzial hinsichtlich der Füllstands- und Fehlstellenkontrolle sowie der Einfluss möglicher Störstellen betrachtet. Die Messwerte entsprechen magnetischen Volumensuszeptibilitäten im SI-System, die vom Messsystem mit dem Faktor 350 in übersichtlichere Dezimalzahlen von 0 bis 11 [–] überführt werden. ... mehrDies wurde durch Vergleichsmessungen mit einem anderen Suszeptibilitätssensor
validiert, und hat den Hintergrund der benutzerfreundlicheren Baustellenanwendung. Mit einer Eindringtiefe von 20–35mm und einer Sensitivität von nur noch 10% bei >20mm ist das Messsystem ausreichend für die Füllstandskontrolle, jedoch nicht ausreichend, um alle potenziell kritischen Fehlstellen zu erfassen. Schwächungen des Suszeptibilitätssignals durch Sondenrohre, Abstandshalter und Hohlräume sind kaum voneinander zu unterscheiden. Außerdem können bestimmte Gesteine Signalstörungen verursachen. Optimierungen der Sensoreindringtiefe, des Messprozederes sowie der Verfüllbaustoffsuszeptibilität können Beiträge zu einer verbesserten Qualitätssicherung sein. Neben der Schadensfallvermeidung können diese möglicherweise auch eine Ausweitung der Erdwärmesondentechnologie in wasserrechtlich noch unzulässigen Regionen zukünftig zulassen.

When installing borehole heat exchangers, it is essential to use proper backfilling to avoid hydrogeological failure. In this study, a magnetic susceptibility system for backfilling control was investigated at the laboratory scale. The sensor penetration depth, its sensitivity and the unknown values were assessed by using magnetite-containing backfilling material samples. In addition, the capability to detect slurry levels and cavities was investigated, as well as measurement disturbances.
Measured values correspond to volume susceptibilities in the SI system multiplied by a factor of 350 for translation into clear integers in the range from 0 to 11 [–]. ... mehrThis approach was evaluated by comparative measurements using a second susceptibility sensor. The reason for the translation is to provide an easier system for handling at construction sites. The 20–35mm penetration depth and a sensitivity of only 10% for penetration depths >20mm is sufficient for slurry level detection; however, it is not sufficient for detecting all critical cavities. Differentiation between susceptibility weakening as
caused by tubes, spacers and cavities is difficult; in addition, specific types of rocks can create disturbances. Optimization of penetration depth, measurement procedure as well as material susceptibility can improve quality control to avoid failure events and possibly ease future installation approval in currently forbidden hydrogeological areas.