Spezialbaustoff für Europas größtes Erdwärmesondenfeld in Thalheim

Medien

Der Neubau des Forschungs- und Entwicklungszentrums entsteht auf einem ca. 27000 m² großen, fast dreieckig zulaufenden Areal, das im Norden von einem Flussdamm begrenzt wird. Im Westen schließt sich eine Wohnsiedlung an, im Süden Baumbestand. Der aus einem Wettbewerb hervorgegangene Gebäudeentwurf stammt von den Frankfurter Architekten schneider+schumacher. Mit seiner Klarheit, Offenheit und Flexibilität repräsentiert er die Philosophie des Unternehmens.

Der Komplex besteht aus zwei ringförmig angeordneten, zweigeschossigen Baukörpern, die in der Höhe um eine ganze Etage gegeneinander versetzt sind. Die beiden Gebäudeteile sind ca. 100 m breit und 200 m lang und umschließen jeweils ein großzügiges, begrüntes Atrium. Während sich auf der unteren Ebene Hallen und Speziallabore befinden, sind im Obergeschoss Büroräume und sogenannte Bürolabore untergebracht. An den Schmalseiten der Baukörper liegen die Gemeinschaftsbereiche wie das Foyer, das Betriebsrestaurant und diverse Versammlungsräume. Sie sind allesamt direkt den Innenhöfen zugeordnet und bieten den Mitarbeitern so die Möglichkeit, sich im Grünen zu erholen. Die Tragstruktur des Gebäudes ist so konzipiert, dass sie eine möglichst flexible Nutzung der Räume erlaubt. Dank einer elementierten Trogplattendecke kann in den einzelnen Riegeln trotz 14,50 m Spannweite auf eine Mittelstützenreihe verzichtet werden.

Nutzung von regenerativen Energiequellen

Geplant ist ein Betrieb des Forschungs- und Entwicklungsgebäudes frei von CO₂-Emissionen. Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Nutzung von regenerativen Energiequellen. Neben der Stromerzeugung durch Photovoltaikelemente soll eine 204 Erdwärmesonden umfassende geothermische Anlage die Energieversorgung des Zentrums sicherstellen. Jede der Sonden führt ca. 200 m tief in das Erdreich.

Entscheidendes Kriterium für die Wahl dieses Konzepts, für das die Berliner Arup GmbH verantwortlich zeichnet, war die bedarfsgerechte Deckung der Energienachfrage mit Anlagentechniken, die im Grundlastbereich hohe Wirkungsgrade aufweisen und sich ganzjährig sinnvoll nutzen lassen. So wird die enorme Menge an Wärmeenergie aus den diversen elektrischen Einrichtungen der einzelnen Forschungs- und Entwicklungsbetriebe letztlich für die winterliche Beheizung des Gebäudekomplexes verwendet – das derzeit größte Erdwärmesondenfeld in der gesamten Europäischen Union dient dabei als saisonaler Großspeicher. Der sommerliche Kältebedarf der Anlage wird hingegen durch die Nutzung des nahen Flusswassers als geothermische Energiequelle gedeckt.

Die Sonden bestehen aus PE 100, besitzen Rohrdimensionen von 40 mm ∞ 3,7 mm und sind als sogenannte Duplex-Sonden konzipiert, die jeweils über zwei Vor- und Rücklaufrohre verfügen. Sie werden mit ca. 3 m Überlänge in Bohrlöcher mit einem Durchmesser von 150 mm und einer Tiefe von 200 m eingebaut.

Hinterfüllung und Abdichtung der Sonden

Zur besseren Anbindung an das umgebende Gestein und Erdreich ist eine Hinterfüllung und gleichzeitige Abdichtung der Sonden erforderlich. Hier kommt der Verfüllbaustoff ThermoCem PLUS, ein hydraulisch abbindender Trockenmörtel aus natürlichen Rohstoffen, zum Einsatz, den HeidelbergCement Baustoffe für Geotechnik GmbH & Co. KG – eine Beteiligung der HeidelbergCement AG – speziell für die Einbettung von Erdwärmesonden entwickelt hat. Er verfügt mit λ = 2,0 W/(mK) über eine doppelt so hohe Wärmeleitfähigkeit wie herkömmliche Verfüllbaustoffe und erfüllt damit die hohen Anforderungen der gesamten Anlage. Zudem gewährleistet er einen dauerhaft kraftschlüssigen Verbund und somit einen optimalen Wärmetransport zwischen Sonde und Erdreich. ThermoCem PLUS zeichnet sich darüber hinaus durch seine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Frost-Tau-Wechsel und betonaggressivem Grundwasser aus. Der Hauptverteilerschacht für die Erdwärmesondenanlage ist eine Sonderanfertigung, ebenfalls aus PE 100. Mittig innerhalb des Feldes platziert, weist er eine stattliche Länge von 12 m und eine Höhe von 2,50 m auf und ist begehbar.

Bautafel - Geothermieanlage des Forschungs- und Entwicklungszentrums Fronius, Thalheim-Wels/Österreich