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Abdichtung von Erdwärmesonden: Problemstellung und Lösungsansätze

Jede Bohrung erzeugt eine vertikale Wegsamkeit im Untergrund, die in dieser Art in der Natur nicht vorkommt. Neben Bohrungen für die Grundwassernutzung werden in Deutschland zahlreiche Bohraufschlüsse zur Baugrunderkundung und Nutzung der oberflächennahen Geothermie ausgeführt. Diese Eingriffe sind aus Sicht des Grundwasserschutzes ein Gefährdungspotenzial, wenn die Bohrungen nicht ordnungsgemäß abgedichtet bzw. rückgebaut werden. Diskutiert werden die Problemstellung und Zielsetzungen, die die technischen Anforderungen an eine sichere Abdichtung von Erdwärmesonden in der gesättigten und ungesättigten Zone über dem Grundwasserraum definieren.

Die Anforderungen an die Abdichtung von Erdwärmesonden (EWS) haben vor allem die Wiederherstellung der durchteuften, stockwerkstrennenden Schichten im Fokus. Ziel ist eine Unterbindung des Vertikaltransportes von Wasser und Stoffen zwischen zwei hydraulisch eigenständigen Grundwasserleitern. Die technischen und wasserwirtschaftlichen Anforderungen an diese Art der Abdichtungen sowie die Genehmigungsvoraussetzungen für EWS sind in den Leitfäden der Bundesländer zur Nutzung der oberflächennahen Geothermie definiert. Jedoch werden sehr viele EWS auch in (Bau-) Gebieten errichtet, in denen mächtige, ungesättigte Grundwasserüberdeckungen und tiefe Grundwasserspiegel bei gleichzeitig erhöhten Vulnerabilitäten durch die Geländenutzungen bestehen. Diese Standortverhältnisse schränken die Einbaubarkeit und hydraulische Wirksamkeit von bestimmten Abdichtungsmedien und -techniken in der ungesättigten Zone über dem Grundwasserraum erheblich ein. Technisch umsetzbare Anforderungen an die Abdichtung von EWS-Bohrungen in dieser Zone sind derzeit nicht klar definiert.

Der nachfolgende Beitrag befasst sich mit dieser Problemstellung sowie Zielsetzungen, die die technischen Anforderungen an eine sichere Abdichtung von EWS in der gesättigten wie auch der ungesättigten Zone über dem Grundwasserraum definieren.

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.