Erdwärmesonde

Errichtung

Bei Erdwärmesonden werden vertikalen Bohrungen bis in Tiefen von 50 bis 100 Metern eingebracht oder - seltener - schräg in den Untergrund gerammt. In diese Bohrungen werden U-Rohrsonden verlegt. Dabei handelt es sich um eine geschlossene nahtlose Kunststoffrohre mit einem U-förmigen Fuß. 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 wieder an die Erdoberfläche gefördert.

Neben dem Wärmeentzug aus dem Untergrund für Heizzwecke können Erdwärmesonden auch in entgegengesetzter Richtung zum Wärmeeintrag für die Wärmespeicherung (saisonale Wärmespeicher) oder dem Kühlbetrieb genutzt werden. Der Wärmeeintrag in den Untergrund kann Auswirkungen auf chemische, biologische und geochemische Prozesse verursachen und die Grundwasserqualität beeinflussen.

Qualitätssicherung

Die Bohrungen der Erdwärmesonden durchdringen im Untergrund häufig verschiedene 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 Effizienz der Erdsondenanlage.

Bei unsachgemäßer Planung bzw. Abdichtung des Bohrloches kann es zu hydraulischen Kurzschlüssen von verschiedenen Grundwasserleitern, zu Bodenhebungen oder -senkungen an der Oberfläche kommen, wie Beispiele aus Baden-Württemberg (in Staufen, Schorndorf, Leonberg, Renningen, Wurmlinge, Rudersberg, etc.) zeigen.

Daher ist für die Planung von Erdwärmesonden eine genaue Kenntnis der Geologie und der damit verbundenen physikalischen Eigenschaften sowie der hydrogeologischen Verhältnisse des Untergrundes notwendig. Mit diesen Informationen können nicht nur in erster Näherung die mögliche Wärmeentzugsleistung für die Erdwärmesonde ermittelt, sondern auch Schadensfälle vermieden werden.

Genehmigung

Mit Hilfe der beim Landesamt für Geologie und Bergbau zur Verfügung stehenden Karten sind erste Hinweise zu möglichen Ausschlussgebieten für die Errichtung von Erdwärmesonden, Bohrtiefenbeschränkungen und hydrogeologisch ungünstigen Gebieten ersichtlich.

Die Grundvoraussetzung für den Bau einer Erdwärmesonde ist deren Genehmigungsfähigkeit. Die Errichtung einer Erdwärmesonde ist den zuständigen Behörden anzuzeigen (Untere Wasserbehörde der Kreisverwaltung / Kreisstadt, zuständige Regionalstelle Wasser, Boden, Abfall der Struktur- und Genehmigungsdirektion – SDG Süd und SDG Nord). Die Genehmigungsverfahren für Erdwärmesonden sind bundeslandspezifisch und bei der zuständigen Behörde zu erfragen.

Die Errichtung einer Erdwärmesonde in Wasserschutzgebieten der Zonen I und II, in Heilquellenschutzgebieten der Zone I und II und im Zentralbereich der Einzugsgebiete von Mineralwassergewinnung ist in Rheinland-Pfalz nicht gestattet (siehe Leitfaden zur Nutzung von oberflächennaher Geothermie mit Erdwärmesonden (pdf)). In Wasserschutzgebieten der 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.

Damit Erdwärmesonden ausschließlich dem Wasserhaushaltsgesetz (WHG) unterliegen, dürfen sie nur eine maximale Tiefe von 100 Metern erreichen. Wird tiefer gebohrt, kommt zusätzlich das Bundesbergrecht (BBergG) zur Anwendung.

Erdwärmesondenfelder

Kann der Wärmebedarf eines Objektes nicht vollständig durch eine einzelne Erdwärmesonde abgedeckt werden, besteht die Möglichkeit, mehrere Erdwärmesonden in räumlicher Nähe in einem Erdwärmesondenfeld zu betreiben. Erdwärmesondenfelder können für den Wärmebedarf eines Quartiers, größerer Gebäudekomplexe oder auch von Unternehmen (z. B. WIPOTEC in Kaiserslautern) ausgelegt werden. Sie ermöglichen auch den Betrieb eines kalten Nahwärme-Netzes (z. B. kaltes Nahwärmenetz der Stadt Schifferstadt).

Beim Betrieb von Erdwärmesonden ist generell die Wärmeentzugsleistung zu beachten. Bei zu hohem Wärmeentzug in der Heizperiode kann es zur Vereisung der einzelnen Sonden bzw. Teilvereisung von Grundwasserleitern kommen. Da Eis ein schlechter Wärmeleiter ist, sinkt die Wärmeentzugsleistung der Sonden bzw. des Sondenfeldes. Die Folge wäre ein wenig effizienter Betrieb der Wärmepumpe.

Neben dem Wärmeentzug im Winter bieten Erdwärmesondenfelder durch die Aktivierung eines großen Gesteinsvolumen auch die Möglichkeit, die Schichten im Untergrund als natürlichen Wärmespeicher im Sommer zu nutzen. Das geschieht, indem Wärme aus Gebäuden in den Untergrund abgeführt wird und trägt zur Kühlung der Gebäude bei. Gleichzeitig sorgt die zurückgeführte Wärme für ein Regenerieren des Erdwärmesondenfeldes.