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Systemdurchlässigkeit von Erdwärmesonden - Teil I: Thermische Systemdurchlässigkeit

Die Systemdurchlässigkeit geothermischer Anlagen steht seit Jahren im Fokus aktueller Forschung und Diskussionen. Dabei ist sowohl die hydraulische Systemdurchlässigkeit im besonderen Maße aus der Sicht des Grundwasserschutzes als auch die thermische Systemdurchlässigkeit für die Effizienz des Systems von Interesse. Für die Auslegung einer geothermischen Anlage sind die Wärmeleitfähigkeit und -speicherfähigkeit des anstehenden Untergrundes entscheidende Eingangsgrößen, welche meist angenommen anstatt gemessen werden. In den vergangenen Jahren wurden neue Messverfahren entwickelt, welche eine zügige Laboruntersuchung der thermischen Eigenschaften ermöglichen. Diskutiert und vorgestellt werden die thermische Systemdurchlässigkeit sowie die labortechnischen Messmöglichkeiten.

Bei geologischen und geotechnischen Fragestellungen sind in der Regel Systembetrachtungen erforderlich: Selten lässt das Zusammenspiel komplexer Geometrien, geomechanischer Vorbelastungen und Dynamiken, unterschiedlicher Gesteinseigenschaften und hydraulischer Potenziale die isolierte Betrachtung einzelner Bauwerke zu. Dies gilt für jegliche Art erdgekoppelter Bauwerke, insbesondere aber für geothermische Anlagen. Der zyklische Betrieb erdgekoppelter Wärmepumpenanlagen führt zu stetig instationären thermischen Zuständen im Untergrund - Wärme fließt, entweder zum Wärmeübertrager hin oder von diesem fort. Wie schnell die Wärme fließt, also wie viel thermische Energie dem Untergrund entzogen oder zugeführt wird, ist bei wärmeleitungsdominierten Systemen maßgeblich von zwei Parametern abhängig: dem thermischen Potenzialunterschiedund der Temperaturleitfähigkeit des Untergrundes.

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.