Gemessene Schwankungsbreiten von Wärmeleitfähigkeiten innerhalb verschiedener Gesteinsgruppen Analyse der Ursachen und Auswirkungen

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1 Gemessene Schwankungsbreiten von Wärmeleitfähigkeiten innerhalb verschiedener Gesteinsgruppen Analyse der Ursachen und Auswirkungen Dipl.-Geologe Marcus Richter HGC Hydro-Geo-Consult GmbH Gliederung 1. Methodik & Datenlage 2. Darstellung der Schwankungsbreiten 3. Gesteinsspezifische Diskussion 4. Fazit 2

2 1. Methodik & Datenlage Bestand von reichlich 130 Testdaten aus Deutschland und den angrenzenden Nachbarländern Prüfung und bei Bedarf Korrektur der Schichtenverzeichnisse (routinemäßig) Zusammenfassung und Klassifizierung der Daten 3 Datenklassifizierung 5,00 5,00 Aufschüttung Selektion von Standorten mit einheitlichen geol. Verhältnissen über gesamte Messtiefe (keine Wechsellagerung, ± konstanter Wassergehalt) Stratigraphische Zuordnung zweitrangig Definition abgegrenzter lithologischer Einheiten 2,00 2,00 Granit, bunt, mäßig verwittert 10,00 16,00 23,00 25,00 26,00 28,00 35,00 38,00 46,00 53,00 57,00 59,00 61,00 80,00 10,00 Lehm, kiesig, schluffig, braun bis ocker 16,00 Feinsand bis Grobsand, schluffig, kiesig, braun, Grundwasserspiegel (15, 00; ) 23,00 Tonstein, Schluffstein, rotbraun 25,00 Sandstein, quarzitisch, hellbraun, weiß, grau 26,00 Sandstein, hellgrau bis hellbraun, fest 28,00 Tonstein, rotbraun 35,00 Kalkstein, dolomitisch, hellbraun bis grau, porös 38,00 Kalkstein, hellbraun bis ocker, graubraun, kavernös, Nachfall 46,00 Tonstein, Kalkstein, wechsellagernd, dunkelgrau bis braungrau 53,00 Kalkstein, Tonstein, wechsellagernd, dunkelgrau, ockergelb, feingeschichtet 57,00 Tonstein, Kalkstein, wechsellagernd, hellbraun, feinbankig 59,00 Kalkstein, dolomitisch, karbonatisch, dunkelrotbraun, kavernös, Nachfall 61,00 Kalkstein, hellbraun, dicht 80,00 Tonstein, Kalkstein, wechsellagernd Schluffstein, dunkelgrau, hellgrau, rot, weiß, ocker 85,00 99,00 Granit, bunt, frisch 4

3 Zusätzliche Daten Wärmeleitfähigkeitsmessungen des Sächsischen Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (LfULG) an Bohrkernen (Labormessungen) Messung der Wärmeleitfähigkeiten (gesättigt und ungesättigt) Messungen senkrecht und parallel zur Hauptfoliation (wenn vorhanden) 5 2. Darstellung der Schwankungsbreiten Klassifizierung in 9 Gesteinsgruppen Festgestein (kristallin): Granit, Gneis Sedimentgesteine: Kalkstein, Sandstein, Tonstein/Mergelstein, schwach metamorphe Tonschiefer Lockergestein: Sande, Ton/Schluff, Sand und Ton/Schluff 6

4 7 Detailbetrachtung Gneis 4 Messwerte (Erzgebirge, Fichtelgebirge, Bayerischer Wald) Werte TRT Messwerte TRT (2,7 4,8 W/m K) Streubreite Faktor 1,8 Ursachen: EED Foliationsrichtung (Mineralachsen) Mineralbestand Werte LfULG Trennflächengefüge (Wasserführung) 8

5 Mineral λ [W/m K] Quarz 6,0 10,5 Feldspäte 2 Biotit 1,2 2,0 Muskovit 1,7 3,9 Hornblende 2,7 Pyroxene 4,3 Turmalin 4,5 Gips 1,2 Pyrit 19, Messung zur Hauptfoliation parallel senkrecht 3,13 2,66 3,63 3,42 2,56 1,96 3,36 2,83 3,26 2,92 2,88 2,70 Datenquelle: Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie 10

6 Detailbetrachtung Sandstein 10 Messwerte (Mesozoikum) Messwerte TRT (1,82 5,33 (10,64) W/m K) Streubreite Faktor 3 Werte TRT Ursachen: Mineralbestand und Bindemittel (quarzitisch, karbonatisch, tonig) Trennflächengefüge (doppelte Porosität) Wassergehalt/Fließgeschwindigkeit EED Werte LfULG 11 Detailbetrachtung Kalkstein 6 Messwerte (Meso-/Paläozoikum) Massige Kalke, kaum verkarstet Messwerte TRT (2,15 2,96 W/m K) Streubreite Faktor 1,4 Ursachen: Genetisch sehr ähnliches Material Meist ± gefügelos Einfluss der Verkarstung EED Werte TRT 12

7 Massiger Kalkstein Alpiner Muschelkalk 13 Detailbetrachtung Ton und Schluff 14 Messwerte (Tertiär, Pleistozän) Wassersättigung Profil > 95% Messwerte TRT (1,45 2,51 W/m K) Streubreite Faktor 1,7 % Werte TRT Ursachen: Sehr ähnlicher Mineralbestand EED Abhängigkeit von Sand- und Kiesgehalt sowie organischer Substanz 14

8 3. Fazit Häufig Schwankung der Wärmeleitfähigkeit um Faktor 2 Hohe Varianz v.a. bei Sandstein, Tonschiefer und Kristallin Ursachen: Mineralbestand, Bindemittel, Wasserdurchlässigkeit und gehalt, Orientierung der Foliation Geringere Varianz: massige Kalksteine, klastische Sedimente Ursachen: meist einheitliches Gefüge / Mineralbestand, Beeinflussung durch Wassergehalt, Nebenbestandteile und Abstandsgeschwindigeit des Grundwassers 15 Thermal-Response-Test für Planungen mit Weitblick Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 16

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