Datengewinnung

Am Bayerischen Landesamt für Umwelt in Hof werden Wärmeleitfähigkeitsmessungen im Labor durchgeführt. Diese Messungen sind notwendig um eine Aussage treffen zu können, wie viel Wärme dem Untergrund entzogen werden kann. Dies hängt maßgeblich von der spezifischen Wärmekapazität sowie der Wärmeleitfähigkeit der Gesteine ab. Während die Wärmekapazität ein Maß zur Speichfähigkeit der Wärme im Untergrund ist, beschreibt die Wärmeleitfähigkeit das Transportvermögen mittels Wärmeleitung. Mit zunehmender Wassersättigung des Gesteins steigen beide Parameter an.
Bei der Gewinnung von Erdwärme sind möglichst hohe Werte der Wärmekapazität sowie der Wärmeleitfähigkeit gewünscht.
Die Wärmeleitfähigkeit kann an Festgesteinen sowie an Lockergesteinen gemessen werden, für Festgesteine wird am LfU der Thermal Conductivity Scanner (TCS) verwendet. Wärmeleitfähigkeiten der Lockergesteine werden mittels der Twin heat-probe Methode gemessen.

Thermal Conductivity Scanner (TCS)

Wärmeleitfähigkeitsmessungen am TCS Bild vergrössern Untersuchung am TCS

Bohrkerne, die im Kernbohrverfahren gewonnen wurden, dienen als Probekörper zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit. Durchgeführt werden die Messungen im Bohrkern- und Rohstoff-Analytikzentrum in Hof, mittels des Thermal Conductivity Scanner (TCS). Um den Einfluss von Grundwasser auf das Gestein abzubilden, erfolgt unter anderem eine Messung im gesättigten Zustand.
Das Prinzip dieser Messmethode ist es, die Temperatur des Probekörpers vor und nach dem Eintrag einer definierten Wärmeenergie zu messen. Es ergibt sich folgende Beziehung: Ist der Temperaturunterschied klein, handelt es sich um ein Gestein höherer Wärmeleitfähigkeit als bei einem Gestein mit größerem Temperaturunterschied. Aus dieser Temperaturdifferenz wird die Wärmeleitfähigkeit berechnet.
Ein schematischer Aufbau des TCS ist nachfolgend abgebildet.

Schematischer Aufbau des TCS Schematischer Aufbau des TCS

Legende zum TCS

  1. TCS-Gerät mit Laufschiene
  2. Standards
  3. Probekörper
  4. Laufschiene
  5. Sensoren sowie Heizquelle
  6. Energieeinheit
  7. PC mit TCS-Software

Twin heat-probe Methode

Bei dieser Art der Wärmeleitfähigkeitsmessung werden Lockergesteinsproben gemessen. Sie können bis zu der Festigkeit bestimmt werden, die es gerade noch zulässt den Temperatursensor in die Probe einzubringen. Ist dies nicht mehr möglich, kommt es zu einer Zerkleinerung der Proben mit anschließender Konsolidierung. In den Probekörper wird eine Messnadel eingebracht die mit einer Heizquelle sowie einem Temperaturfühler ausgestattet ist. Durch Aufheizung des Probekörpers um 1 Kelvin kann die Wärmeleitfähigkeit berechnet werden.