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Neue Entwicklungen zur Nutzung der oberflächennahen Geothermie mit vertikalen Erdwärmesonden

Die Erdwärmenutzung mit Erdwärmesonden und -kollektoren hat in den letzten Jahren einen enormen Aufschwung erlebt. Dabei wurden auch neue Materialien entwickelt, die gegenüber den bis dahin verwendeten konventionellen Rohrwerkstoffen PE-80/PE-100 erheblich verbesserte Eigenschaften aufweisen und neue Einsatzmöglichkeiten erlauben. Im Mittelpunkt steht dabei der Einsatz von vernetztem Polyethylen, insbesondere PE-Xa. Daraus hergestellte Erdwärmesonden oder -kollektoren bieten gegenüber unvernetztem Polyethylen Vorteile hinsichtlich Spannungsriss-, Kerb- und Punktlastbeständigkeit. Zudem ermöglichen Erdwärmesonden aus vernetztem Polyethylen aufgrund einer Temperaturbeständigkeit bis 95 °C die Errichtung von Erdwärmesondenspeichern und das Einspeisen von Überschusswärme aus einer thermischen Solaranlage in die Erdwärmeanlage.

Die Nutzung der oberflächennahen Geothermie gewinnt vor dem Hintergrund global steigender Energiekosten,der weltweit geforderten Begrenzung des CO2-Ausstoßes und der vom Nutzer geforderten Grundlastfähigkeit stark an Bedeutung. In der Anfangszeit der Nutzung der oberflächennahen Geothermie waren grundwasserbasierte, zum Gebirge offene Systeme mit einer direkten Nutzung der im Grundwasser enthaltenen Wärme noch weit verbreitet ('standing column wells'). Diese Art der Geothermienutzung bedarf jedoch stets einer aufwendigen wasserrechtlichen Genehmigung und ist nur genehmigungsfähig, wenn existierende Grundwasserhorizonte nicht miteinander verbunden werden. Ebenso muss die problemlose Verpressung des entnommenen Grundwassers im sogenannten 'Schluckbrunnen' über Jahre problemlos möglich sein. Darüber hinaus ist die maximal erreichbare Entzugsleistung bei wasserbasierten Systemen durch den Gefrierpunkt des Wassers begrenzt.

Geothermie im Spezialtiefbau: Praxis mit BIM
© wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH (7/2017)
Ab 2020 werden öffentliche Großprojekte in Deutschland nur noch mit Building Information Modeling (BIM) neu geplant, gebaut und betrieben. So sieht es der Stufenplan Digitales Planen des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur vor.

Depothermie - Geothermale Nutzung von Deponien und Altablagerungen zur Wärmegewinnung und -speicherung
© wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH (6/2017)
Dem Ausbau der Geothermie, insbesondere der oberflächennahen Geothermie zur Heizung und Kühlung von Wohn- und Industriegebäuden, wird zukünftig eine steigende Bedeutung zukommen, da durch die Energiewende und den beschlossenen Klimaschutzplan 2050 die Umstellung von einer kohlenstoffbasierten auf eine regenerative Energieerzeugung forciert werden wird.

Europäische Normung für den Brunnenbau nimmt Fahrt auf
© wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH (6/2017)
Die umfangreichen Vorbereitungen für eine gute Ausgangsposition der deutschen Expertise bei der Normung des Brunnenbaus tragen nun erste Früchte. Die strikte Trennung der Themenkomplexe 'oberflächennahe Geothermie' und 'Brunnenbau' wurde auf der konstituierenden Sitzung des CEN TC 451 'Water wells and borehole heat exchangers' durchgesetzt.

Anlagendimensionierung zur Unterschreitung des in Hessen für EWS geforderten Mindestabstandes zur Grundstücksgrenze
© wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH (5/2017)
Die hessischen Anforderungen des Gewässerschutzes an Erdwärmesonden (EWS) vom 21. März 2014 geben einen im Regelfall einzuhaltenden Mindestabstand zwischen EWS und Grundstücksgrenze von 5 m vor. Bei Einhaltung dieses Abstandes wird für EWS-Anlagen mit einer Heizleistung bis 30 kW davon ausgegangen, dass es in der Regel zu keiner thermischen Beeinflussung außerhalb des Grundstücks kommt und somit keine Gewinnung von Erdwärme im Sinne des Bundesberggesetzes (BBergG) erfolgt.

Leistungsvergleich von Erdwärmesonden verschiedener Bauart
© wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH (5/2017)
Ein praktischer Leistungsvergleich von Erdwärmesonden verschiedener Bauart am gleichen Standort unter gleichen Beanspruchungsbedingungen ist bisher nicht bekannt.