Erdwärmesonden

Errichtung einer Erdwärmesonde

Bei Erdwärmesonden werden vertikalen Bohrungen bis in Tiefen von 50 bis 100 Metern eingebracht oder schräg in den Untergrund gerammt. In diese Bohrung wird eine U-Rohrsonden, dabei handelt es sich um eine geschlossene nahtlose Kunststoffröhre mit einem U-förmigen Fuß, eingebracht. Ein Wärmeträgermedium, meist ein Wasser-Glykol-Gemisch (Sole), strömt im Rohr hinab und nimmt dabei die Wärme aus den umgebenden Erdschichten auf, mit Hilfe einer Umwälzpumpe wird das Wärmeträgermedium an die Erdoberfläche gefördert. Neben dem Wärmeentzug aus dem Untergrund für Heizzwecke können Erdwärmesonden auch zur Wärmeeintragung für die Wärmespeicherung (saisonale Wärmespeicher) oder dem Kühlbetrieb genutzt werden. Dies kann allerdings große Auswirkungen auf die chemischen, biologischen und geochemischen Prozesse im Untergrund haben, so kann beispielsweise eine erhöhte Populationsdichte von Mikroorganismen oder die Fällung bzw. Lösung von Mineralen im Grundwasser die Folge sein. Die ablaufenden Prozesse haben direkten Einfluss auf die Grundwasserqualität und müssen bei der Nutzung der Erdwärmesonde als Wärmespeicher berücksichtigt werden.

Qualitätssicherung um Folgeschäden zu vermeiden

Die Bohrungen der Erdwärmesonden durchdringen im Untergrund häufig verschiedenen Gesteinsschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften (Permeabilität, hydraulische und hydrochemische Verhältnisse, etc.). Daher ist es zwingend notwendig nach dem Platzieren der Sonden im Bohrloch die Bohrlöcher mit einem Bentonit-Zement vollständig zu verschließen damit eine geologische Stockwerktrennung im Untergrund gewährleistet bleibt. Der Zement gewährleistet durch eine gute Wärmeleitfähigkeit eine hohe Effizient der Wärmepumpenanlage.

Bei unsachgemäßer Planung bzw. Abdichtung des Bohrloches kann es zu Kurzschlüssen von verschiedenen Grundwasserleitern, zu Bodenhebungen oder -senkungen an der Oberfläche, wie Beispiele aus Baden-Württemberg (Bsp. Staufen, Schorndorf, Leonberg, Renningen, Wurmlinge, Rudersberg, etc.) zeigen, kommen. Daher ist für die Planung von Erdwärmesonden eine genaue Kenntnis der Geologie und die damit verbundenen physikalischen Eigenschaften der Gesteine (Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität) sowie der hydrogeologischen Verhältnisse des Untergrundes notwendig. Mit diesen Informationen können nicht nur in erster Näherung die Entzugsleistung bzw. ein spezifischer Leistungswert (W/Bohrmeter) für die Erdwärmesonde ermittelt, sondern auch Schadensfälle vermieden werden. Informationen zur Geologie sind auf der Internetseite des Öffnet externen Link in neuem FensterLandesamtes für Geologie und Bergbau Rheinland-Pfalz verfügbar.

Genehmigung von Erdwärmesonden

Mit Hilfe der beim Landesamt für Geologie und Bergbau zur Verfügung stehenden Karten können erste Hinweise zu mögliche Ausschlussgebiete für die Errichtung von Erdwärmesonden, Bohrtiefenbeschränkungen und hydrogeologisch ungünstige Gebiete erschlossen werden. Die Grundvoraussetzung für den Bau einer Erdwärmesonde ist deren Genehmigungsfähigkeit. Die Errichtung einer Erdwärmesonde ist immer den zuständigen Behörden (Unteren Wasserbehörde der Kreisverwaltung/Kreisstadt, zuständigen Regionalstelle Wasser, Boden, Abfall der Struktur- und Genehmigungsdirektion – SDG Süd und SDG Nord) anzuzeigen. Die Genehmigungsverfahren sind bundeslandspezifisch und von der zuständigen Behörde zu erfragen. Die Errichtung einer Erdwärmesonde in Wasserschutzgebieten der Zone I und II, in Heilquellenschutzgebieten der Zone I und II und im Zentralbereich der Einzugsgebiete von Mineralwassergewinnungen ist in Rheinland-Pfalz nicht gestattet (siehe Opens external link in new windowLeitfaden zur Nutzung von Erdwärme mit Erdwärmesonden). In Wasserschutzgebieten in Zone III sind Ausnahmegenehmigungen nach Einzelfallprüfung möglich. Auch geologisch ungünstige Gebiete, wie Karstgebiete im Muschelkalk oder quellfähige Gesteine im Untergrund (bspw. Anhydrit), sind in Rheinland-Pfalz Ausschlussgebiete.

Erdwärmesondenfelder

Kann der Endnutzer-Wärmebedarf nicht vollständig durch eine Erdwärmesonde abgedeckt werden, besteht die Möglichkeit, mehrere Erdwärmesonden im räumlichen Zusammenhang in einem sogenannten Erdwärmesondenfeld „zusammengeschalten“. Solche Erdwärmesondenfelder können für den Wärmebedarf eines ganzen Unternehmens (Bsp. WIPOTEC in Kaiserslautern) ausgelegt werden oder für den Betrieb eines kalten Nahwärme-Netz (Bsp. kaltes Nahwärmenetz der Gemeinde Schifferstadt) eingesetzt werden. Neben dem Wärmeentzug im Winter bieten solche Projekte durch die Aktivierung eines großen Gesteinsvolumen auch die Möglichkeit, die Schichten im Untergrund als natürlichen Wärmespeicher im Sommer zu nutzen, indem die Wärme aus dem Gebäuden in den Untergrund abgeführt wird und somit zu einer Kühlung des Gebäudes beiträgt. Gleichzeitig sorgt die zurückgeführte Wärme für die Regeneration des Erdwärmesondenfeldes. Es ist allerdings auf die Auswirkung auf den Untergrund zu achten, die insbesondere in grundwasserleitenden Schichten beträchtlich sein können. Ist beispielsweise die Entzugsleistung des Sondenfeldes zu hoch, kann es zur Vereisung der einzelnen Sonden bzw. Teilvereisung des Grundwasserleiters kommen. Da Eis ein schlechter Wärmeleiter ist, sinkt die Effizienz der Sonden bzw. des Sondenfeldes.