Erdwärme

Die Nutzung regenerativer Energien gewinnt in Anbetracht der begrenzten Vorkommen der fossilen Energieträger aus Sicht des Natur- und Klimaschutzes zunehmend an Bedeutung.

Zur dezentralen Versorgung mit Wärme kommt heute auch unter wirtschaftlichen Betrachtungen die Nutzung der regenerativen Energie Erdwärme grundsätzlich in Betracht. Diese setzt sich aus im Boden gespeicherter Sonnenenergie und einem mit der Tiefe zunehmendem Anteil an geothermischer Energie zusammen. In den siebziger Jahren wurde Erdwärme im wesentlichen eingesetzt, um die Abhängigkeit vom importierten Öl zu verringern und die Heizkosten zu senken.

Technisches Prinzip

Im Vordergrund stand zunächst die direkte Nutzung von Grundwasser über eine Brunnenanlage. Erfahrungen aus den vielen gebauten Anlagen zeigten jedoch, dass durch Verockerung Betriebsprobleme auftreten können.

Aus diesem Grund haben sich geschlossene Systeme, bei denen eine frostsichere Flüssigkeit in sogenannten Sonden zirkuliert, durchgesetzt. Diese vertikal eingebrachten Sonden reichen von 25 bis 100 m in das Erdreich. In Einzelfällen können aber Tiefen von bis zu 250 m erreicht werden. In Nordrhein-Westfalen bedarf der Bau und Betrieb solcher Erwärmeanlagen einer wasserrechtlichen Erlaubnis. Die gilt sowohl für Anlagen mit direkter Wärmenutzung durch Entnahme und Einleitung von Oberflächen- und Grundwasser, als auch für Anlagen mit Kollektor oder Erdwärmesonden. Desweiteren können in Sondergebieten (Quellschutzgebiete, Wasserschutzgebiete etc.) besondere Auflagen Anwendung finden. Auch bergrechtliche Belange sind bei Tiefenbohrungen von 100 m oder mehr zu beachten.

Die Funktionsweise einer Wärmepumpe entspricht der eines Kühlaggregats. Der Kreisprozess des Kühlaggregats erfolgt nach einfachen physikalischen Gesetzmäßigkeiten. Das Arbeitsmittel, eine schon bei niedriger Temperatur siedende Flüssigkeit (Kältemittel), wird in einem Kreislauf geführt und dabei nacheinander verdampft, verdichtet, verflüssigt und entspannt Abb. 1. Bei der Wärmepumpe wird der Umwelt (Wasser, Boden/ Gestein, Umgebungsluft) die Wärme entzogen und dem Heizsystem zugeführt. Die entkoppelte Wärmepumpenanlage besteht grundsätzlich aus drei, über Wärmetauscher vollständig voneinander getrennten Kreisläufen. Im ersten Kreislauf, der Erdwärmesonde oder dem Kollektor, zirkuliert ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, oder eine Salzlösung. Für beide wird der Oberbegriff Sole verwendet. Die Temperaturdifferenz zwischem dem Boden und dem kühleren Wärmeträger wird auf den Wärmeträger übertragen. Der zweite, oder auch der Wärmepumpenkreislauf, ist mit dem Kältemittel, z.B. Propan (R 290) oder Propen (R 270), befüllt. Im dritten Kreislauf dient Wasser als Wärmeträger für den Transport der Wärmeenergie zur Raumluft.

Betrieb und Qualitätssicherung

Zur Sicherstellung, dass die Belange des Grundwasserschutzes beim Bau und Betrieb der Anlage berücksichtigt werden, sind folgende Hinweise zu beachten:

• Mit der Erschließung der Wärmequelle dürfen nur Bohrfirmen beauftragt werden, die im Besitz der DVGW-Bescheinigung W 120 oder vergleichbarer Qualifikation sind.
• Die für die Bohrung verantwortliche Person der Baufirma muss während der Bohrarbeiten auf der Baustelle anwesend sein und mindestens die Eignungsprüfung nach DIN EN ISO 2247 für Bohrgeräteführer oder eine vergleichbare Ausbildung nachweisen können.
• Durch eine geeignete Druckprüfung der Anlage ist sicherzustellen, dass mögliche auftretende Leckagen sofort erkannt und die Anlage mittels automatischer Abschaltung außer Betrieb genommen wird.
• Die Anlage sollte regelmäßig durch eine geeignete Fachfirma überprüft und gewartet werden.

Um eine zügige Antragsbearbeitung zu gewährleisten, sind folgende Unterlagen notwendig:

• Antrag auf Erteilung einer wasserrechtlichen Erlaubnis

• Übersichtskarte im Maßstab 1: 25.000
• Flurkarte im Maßstab 1: 1000
• Lageplan im Maßstab 1: 500 mit Einzeichnung der Lage der Sonden bzw. des Kollektors
• Beschreibung der Anlagen und des Betriebes, Berechnung der erforderlichen Sondenlänge bzw. Größe (bei Erdwärmekollektoren, Angaben zu den geologischen und hydrogeologischen Verhältnissen, insbesondere zur Lage der Tonschichten und Grundwasserstände)
• Beschreibung des Bohrverfahrens und ggf. der Abdichtung von Bohrlöchern
• Sachkundenachweis des verantwortlichen Bohrgeräteführers
• DVGW-Bescheinigung W 120
• Nachweis über die Abdichtung des Bohrlochs
• Vorlage der Sicherheitsdatenblätter der eingesetzten Stoffe

Herr Müller 05241/ 85-2610