Die in Deutschland am weitesten verbreitete Technik zur Nutzung von oberflächennaher Geothermie sind Erdwärmesonden. werden Gesteinsbohrungen in den Untergrund niedergebracht. In das Bohrloch werden anschließend Rohre aus Polyethylen (HD-PE) eingebaut. Üblicherweise erfolgt dies in zwei getrennten Kreisläufen – „Doppel-U-Sonde“ –, die am Sondenkopf über Hosenstücke in zwei Strängen zusammengefasst werden. Zum leichteren Einbau des Rohres und zur Vermeidung von Beschädigungen werden die werkseitig vorkonfektionierten Sondenbündel von einer Haspel ins Bohrloch abgerollt.

In den Sondenrohren zirkuliert ein Wasser-Glykol-Gemisch – die so genannte Sole. Dieses Gemisch transportiert die geothermische Energie aus dem Untergrund zur Wärmepumpe. Die Anlage kann in Sonderfällen (z.B. in Wasserschutzgebieten) auch mit reinem Wasser betrieben werden. Muss auf Glykol verzichtet werden, so sind aufgrund der begrenzten Entzugstemperatur (Gefahr der Eisbildung und Beschädigung der Anlage) mehr Bohrmeter und höhere Kosten in Kauf zu nehmen.

Um eine thermisch optimale Anbindung der Sondenrohre an das Gestein zu ermöglichen, wird in das Bohrloch ein noch flüssiger Verfüllbaustoff eingebracht. Zur Vermeidung von Luft- und Wassereinschlüssen muss dies immer von unten nach oben erfolgen – im Kontraktorverfahren. Verbesserte Materialeigenschaften, wie eine hohe Wärmeleitfähigkeit bewirken einen besseren Wärmetransport und damit eine höhere Effizienz der Anlage.

Bei Anlagen mit mehreren Erdwärmesonden werden diese an einem Sammler (für den Vorlauf) bzw. Verteiler (für den Rücklauf) zusammengeführt. Dies kann im Außenbereich des Gebäudes oder auch im Haustechnikraum geschehen. Vom Verteiler/Sammler führen die Soleleitungen zur Wärmepumpe. Die horizontale Verlegung vom Erdwärmesonden-Kopf zum Sammler/Verteiler erfolgt eingesandet in frostsicherer Tiefe und leicht ansteigend, damit eine spätere Entlüftung des Systems gewährleistet ist.

Tiefe und Durchmesser der Bohrung

Die Bohrungen haben in der Regel eine Tiefe von 100 m bis 250 m und einen Durchmesser von 150 mm.

Solekreis

Den gesamten Kreis aus Sondenrohren, horizontalen Anbindungen, Verteiler/ Sammler und Zuleitungen zur Wärmepumpe bezeichnet man als Solekreis.

Einbau der Sonden

In Abhängigkeit vom Grundwassestand kann es notwendig sein, die Sonden mit Wasser zu befüllen oder Einbaugewichte zu verwenden.

WICHTIG: Verfüllung

Moderne Verfüllbaustoffe erfüllen Materialanforderungen im Hinblick auf die Wasserundurchlässigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Frost-Tau-Wechselbeständigkeit.

Gibt es andere Sondentypen?

Neben der in Deutschland üblicherweise verwendeten Doppel-U-Sonde gibt es eine Vielzahl von Sonderlösungen, die jedoch meist nur im Spezialfall zum Einsatz kommen. Dazu zählen Einfach-U-Sonden, Koaxialsonden und Spiralkollektoren bzw. Erdwärmekörbe. Bezüglich eines alternativen Mediums kennen wir Direktverdampfersonden (z.B. auf Basis von CO2).

Wie lange hält die Erdwärmeanlage?

Die Lebensdauer einer Erdwärmesonde liegt bei zertifizierten Sonden und fachgerechter Ausführung bei 100 Jahren. Wärmepumpen sind heute so zuverlässig wie ein Kühlschrank.

Für die Errichtung einer 100 m-Bohrung wird unter normalen Verhältnissen nicht viel mehr als ein Arbeitstag benötigt. Ein weiterer Tag sollte für die horizontale Anbindung und die Befüllung mit Sole gerechnet werden. Zur Qualitätssicherung und zum Nachweis der Dichtigkeit des Systems werden Druckprüfungen durchgeführt.

Das optimale Bohrverfahren (Trocken- oder Spülbohrung) ist abhängig von den zu erwartenden Untergrundverhältnissen. Überschüssiges Bohrgut muss meist kostenpflichtig entsorgt werden. Ausgetretenes Wasser kann nach dem Absetzen der Feinbestandteile und nach vorheriger Einleitgenehmigung beim zuständigen Abwasserbetrieb in die Kanalisation abgeführt werden.

Sämtliche Bohr- und Ausbauarbeiten werden von den ausführenden Fachfirmen dokumentiert und dem Bauherren übergeben. Dazu gehören Lageplan mit Leitungsführung, Bohrprotokoll, geologisches Schichten­ver­zeichnis, Ver­füll­protokoll und die Druckprüfungen.

Platz sparende Erdwärmesonden

Erdwärmesonden sind eine sehr Platz sparende Form der Energiegewinnung. Bei Bedarf können die Bereiche der Sonden später überbaut werden. Schachtbauwerke können überfahrbar ausgeführt werden. Sie können also weiterhin jeden Quadratmeter Ihres Grundstücks ohne große Einschränkungen nutzen!

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