Erdwärmebohrung und Erdkollektoren – das sollten Hausbesitzer dazu wissen
Wird eine Sole-Wasser-Wärmepumpe installiert, kann diese über eine Erdsonde oder Erdkollektoren Umweltwärme aus der Erde beziehen. Für Erdsonden muss teilweise tief in die Erde gebohrt werden. Hier erfahren Sie, welche Vorarbeiten dafür notwendig sind und welche Voraussetzungen gegeben sein müssen.
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Vorteile der Erdsonde bei Sole-Wasser-Wärmepumpen
Wärmepumpen nutzen kostenlose Umweltwärme, um damit Häuser zu beheizen und Warmwasser zu erzeugen. Sole-Wasser-Wärmepumpen können ihre Wärme über eine Erdsonde oder Erdkollektoren beziehen. Bei Erdkollektoren handelt es sich um Rohrleitungen, die in geringer Tiefe unter der Erde verlegt werden. Durch die Rohre strömt Sole, ein frostsicheres Trägermedium, das die Wärme aus der Erde aufnehmen kann.
Der große Nachteil von Erdkollektoren besteht darin, dass sie vergleichsweise viel Fläche benötigen, damit ausreichend Wärme für die Versorgung von Ein- oder Zweifamilienhäusern bereitgestellt werden kann.
Hier spielt die Erdwärmesonde dann ihre Vorteile aus. Sie kann auch wenig vorhandener Fläche in die Tiefe verlegt werden. Viele Hausbesitzer setzen deshalb auf die Wärmegewinnung über Erdsonden.
Technische Voraussetzungen für die Erdwärmebohrung
Damit eine Erdwärmesonde für den Betrieb einer Wärmepumpe genutzt werden kann, muss die Leistung in Bezug auf Kälteentzug und Verdampferleistung ausreichend hoch sein. Entsprechende Vorgaben liefert die VDI 4640.
Großen Einfluss auf die jeweilige Entzugsleistung der Wärmesonde hat die Entzugsleistung des Bodens. Hinweise hierzu können die jeweiligen geologischen Landesämter geben. Unternehmen, welche die Erdbohrung durchführen, haben ebenfalls entsprechende Kenntnisse über die „Leistungsfähigkeit“ des Bodens unter der Erde.
Abhängig von der Entzugsleistung des Bodens und dem Wärmebedarf wird schließlich die benötigte Länge der Erdsonde ermittelt.
Die Formel dahinter lautet: Kälteentzugsleistung in W / Entzugsleistung in W/m
Kann die Konfiguration der Erdsondenlänge aufgrund fehlender geologischer oder hydrogeologischer Daten nicht durchgeführt werden, sind oftmals Probebohrungen notwendig. Dabei werden sogenannte „Thermal Response Tests“ durchgeführt. Sie liefern Aufschluss über die Bodenbeschaffenheit in der Tiefe und dessen Fähigkeit, Wärme abzugeben.
Häufig werden bei Tiefenbohrungen für Erdwärmesonden Tiefen von 100 Metern oder mehr erreicht.
Damit eine Erdwärmesonde zuverlässig arbeiten kann, muss sie nach VDI 4640 Teil 2 entsprechend verpresst werden.
Eingesetzt werden schließlich zwei verschiedene Arten von Erdwärmesonden:
- U-Sonde oder Doppel-U-Sonde: Über ein u-förmiges Fußteil fließt dabei die Sole durch die Erde.
- Koaxial-Sonde: Hier finden Vor- und Rücklauf der Sole im selben Rohr statt.
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Welche Gutachten oder Genehmigungen sind für eine Erdwärmesonde notwendig?
Für die Erdwärmebohrung muss in Deutschland sowohl das Wasserrecht als auch das Bergrecht berücksichtigt werden. Denn eine Sonde kann nicht nur mehrere Gesteinsschichten passieren, sondern auch ins Grundwasser gelangen. Aus diesem Grund müssen Erdwärmebohrungen bei der Unteren Wasserbehörde angemeldet werden. Die gesetzliche Grundlage dafür liefert das Wasserhaushaltsgesetz.
Die Wasserbehörde prüft dann, ob eine Tiefenbohrung auf dem angegebenen Grundstück überhaupt durchgeführt werden kann bzw. darf.
Zusätzlich zur Prüfung durch die Wasserbehörde muss das geologische Landesamt die Tiefenbohrung genehmigen.
Welche Einschränkungen kann es für Tiefenbohrungen geben?
Theoretisch lassen sich Tiefenbohrungen überall durchführen und Erdwärme ist auf der ganzen Welt verfügbar. Allerdings gibt es mögliche Einschränkungen. Diese gelten vor allem dann, wenn es sich beim betroffenen Gebiet um ein Trinkwasserschutzgebiet handelt.
Probleme können außerdem auftreten, wenn folgende geologische bzw. geohydrologische Gegebenheiten vorliegen:
- Es liegen mehrere Grundwasser führende Schichten übereinander („Grundwasserstockwerke“). Dann könnte eine Tiefenbohrung zu Störungen in der Grundwasserversorgung führen.
- Das Grundwasser ist stark mineralisiert oder es gibt Einschlüsse mit Kohlendioxid. Dann könnte es ebenfalls zu möglichen Problemen mit dem Grundwasser kommen.
- Es gibt Kluftwasserleiter oder Karstwasserleiter für das Grundwasser. Diese Untergründe sind sehr porös, sodass die Stabilität der Erdwärmesonde nicht garantiert werden kann, weil eine ordnungsgemäße Verpressung nicht möglich ist.
- Es treten Arteser auf. Dabei handelt es sich um Stellen, wo das Grundwasser von selbst an die Erdoberfläche tritt. Auch hier können Bohrlöcher nicht fachgerecht verpresst werden und eine Erdwärmesonde ist nicht möglich.
- Das Bohrloch liegt in einem Bergbaugebiet. Hier besteht die Gefahr, dass die Bohrung den Bergbau beeinträchtigt oder auf Stollen stößt.
Verhindern diese oder andere Aspekte eine Tiefenbohrung können Hausbesitzer auf Erdkollektoren zurückgreifen oder sie müssen eine Luft-Wasser-Wärmepumpe installieren.
Welche Kosten können für eine Erdwärmebohrung anfallen?
Wer Geothermie zum Heizen nutzen möchte, sollte mit Kosten von rund 70 bis 100 Euro pro gebohrten Meter. Abhängig von der Bodenbeschaffenheit und Bohrtiefe können so Kosten von 8.000 bis 10.000 Euro und mehr anfallen. Darin enthalten sind das Bohren selbst und das Verlegen der Sonde. Je nachdem, wie viel Leistung die Wärmepumpe entwickeln muss, können auch mehrere Sonden auf einmal verlegt werden.
Demgegenüber steht die lange Lebensdauer der Erdwärmesonde. Diese kann bis zu 100 Jahre betragen.
Eine komplette Erdwärmepumpe inklusive Erdsonde kann somit 20.000 bis 25.000 Euro kosten.
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Wie läuft das Verlegen der Erdwärmesonde ab?
- Das Erdwärmebohrung ist ein komplexer Vorgang, bei welchem schrittweise bis zur gewünschten Tiefe gebohrt wird. Während der Bohrung wird Bohrschlamm abgeführt. Gleichzeitig werden pro neuer Schicht Bodenproben entnommen.
- Ist das Bohrloch vorbereitet, wird die Erdsonde Stück für Stück ausgerollt und in das Loch hinabgelassen. Ein kleines Gewicht oder eine Einschubhilfe kann das Einführen erleichtern.
- Nach diesem Schritt wird die Sonde zunächst mit Wasser gefüllt und in das Bohrloch eingesetzt. Zusammen mit dem Verfüllrohr wird die Sonde in die Bohrung hinabgelassen.
- Hat die Sonde ihr Ziel erreicht, erfolgt eine Druck- und Durchflussprüfung. Schließlich wird der Ringraum um das Bohrloch verfüllt. Danach erfolgt eine weitere Prüfung mit Wasser bei einem Druck von mindestens 6 bar.
- Damit die Erdsonde Wärme aufnehmen kann, wird sie mit den Anschlussleitungen für die Sole verbunden. Die Leitungen werden im nächsten Schritt mit Sole gefüllt. Die Füllung erfolgt so lange, bis keine Luft mehr in der Leitung ist.
- Zum Schluss wird noch eine Druckprobe durchgeführt. Die Anlage muss dabei dem 1,5-fachen Druck des normalen Betriebsdrucks standhalten. Ist der Test erfolgreich, werden die Soleleitungen an den Wärmetauscher angeschlossen und die Wärmepumpe kann in Betrieb gehen.
Komplexe Arbeiten, die sich lohnen
Eine Erdwärmebohrung für das Verlegen einer Erdwärmesonde erfordert eine längere Planung, benötigt Genehmigungen und ist ein komplexeres Verfahren. Auch die Kosten einer Erdwärmebohrung sind höher als beim Anlegen von Erdkollektoren. Doch langfristig kann sich eine Erdwärmesonde lohnen. Zum einen herrschen in der Tiefe der Erde konstante Temperaturen, sodass die Wärmepumpe ganzjährig effizient arbeiten kann. Zum andern hat eine Erdwärmesonde eine sehr lange Lebensdauer und sie ist wartungsarm.
Auf lange Sicht können Hausbesitzer mit einer Erdwärmepumpe beim Heizen sparen und ihre Emissionen auf Null reduzieren.
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