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Grundwassernutzung

Erdwärmesonden

Dirk Schumann/#21099618/stock.adobe.com

Zur Nutzung der Erdwärme werden bei diesen Anlagen ein oder mehrere vertikale Erdwärmesonden in ca. 25 bis 100 m tiefe Bohrlöcher eingebracht. Da jahreszeitliche Schwankungen der Temperatur des Erdbodens bei Tiefen ab ca. 10 Meter nicht mehr auftreten, funktionieren derartige Anlagen sowohl im Sommer als auch im Winter. Über eine in den Sonden zirkulierende Wärmeträgerflüssigkeit wird dem Grundwasser Wärme entzogen. Dieser Wärmeentzug ist eine Grundwasserbenutzung und bedarf daher gemäß § 8 des Wasserhaushaltsgesetzes (WHG) einer behördlichen Erlaubnis.

Bei der Bohrung sind besondere Anforderungen des Grundwasserschutzes zu beachten. Die Bohrfirma muss z. B. eine Zertifizierung nach DVGW-Arbeitsblatt W 120 besitzen. Besondere Anforderungen und Einschränkungen gelten in Einzugsgebieten von Förderbrunnen der Hamburger Wasserwerke und Trinkwassernotbrunnen und im Bereich tiefer Grundwasserleiter. Die in Hamburg geltenden Anforderungen zum Einbau, zum Betrieb und zum Genehmigungsverfahren sind in einem "Leitfaden zur Erdwärmenutzung in Hamburg" zusammengestellt.

Die Wasserrechtliche Erlaubnis ist mit Hilfe des Antragsformulares bei der Behörde für Umwelt, Klima, Energie und Agrarwirtschaft  (W12) zu beantragen.

Aufbau einer Erdwärmesonde
unbekannt
Erdwärmesonde
BUKEA








In Wasserschutzgebieten sind Bohrungen und Brunnen zum Aufsuchen und Nutzen von Grundwasser und der Umgang mit wassergefährdenden Stoffen verboten. Sowohl in den Sonden selber, als auch in der Wärmepumpe zirkulieren wassergefährdende Stoffe. Anlagen in Wasserschutzgebieten bedürfen daher immer einer Befreiung, die nur erteilt wird, wenn eine Verunreinigung des Grundwassers oder eine sonstige nachteilige Veränderung seiner Eigenschaften wegen besonderer Schutzvorkehrungen nicht zu besorgen ist.


Ansprechpersonen:

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 Herr Moosmann                     (Auskünfte zur Hydrogeologie)                  

 Tel.: 428 40 - 5260                E-Mail:  Lothar.Moosmann@bukea.hamburg.de

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  Herr Obarowski                    (Erlaubniserteilung)

  Tel.: 428 40-3315                 E-Mail: Eike.Obarowski@bukea.hamburg.de

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 Frau Knospe                          (nur in Wasserschutzgebieten)

 Tel.: 428 40 - 3344                 E-Mail:  Sandra.Knospe@bukea.hamburg.de

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Eignung von Verpressmitteln

Bei der derzeit geltenden, normgemäßen[1] Auslegung von Erdwärmesonden kann das in der Sonde zum Einsatz kommende Wärmeträgermedium insbesondere in Spitzenlastzeiten (Winter) negative Temperaturen erreichen. Dies bedeutet, dass aufgrund der besonderen thermischen Beanspruchung der Erdwärmesonde u.a. der Frage nachzugehen war, ob und inwieweit beispielsweise die im Bohrloch verwendeten Verpresssuspensionen dieser temporären Frost-Tau-Beanspruchung widerstehen können. Verfüllbaustoffe, die solchen Belastungen gegenüber nicht ausreichend widerstandsfähig sind, verlieren durch entstandene Gefügeschäden die Festigkeitseigenschaften und die Abdichtfunktion.

Da es bislang kein standardisiertes Prüfverfahren gab, welches in der Lage war, naturähnliche Verhältnisse (z.B. Durchfrostung der Verpresssuspension von der Sonde nach außen) unter Erdbaulaborbedingungen zu simulieren, galt es, ein entsprechendes Verfahren zur Beurteilung der Frost-Tau-Widerstandsfähigkeit von Verpressmaterialien zu entwickeln. Im Auftrag der BSU ist nunmehr ein geeignetes, validiertes Baustoffprüfverfahren aufgestellt worden, welches eine einheitliche Beurteilungsgrundlage für den wasserbehördlichen Vollzug darstellt.

Dies bedeutet für Hamburg, dass der Betrieb von Erdwärmesonden im negativen Temperaturbereich (siehe Leitfaden) nur dann möglich ist, wenn zur Ringraumabdichtung Verpresssuspensionen eingesetzt werden, die das genannte Testverfahren erfolgreich absolviert haben und einen Durchlässigkeitskoeffizienten erreichen, der eine ausreichende Abdichtungsfunktion gewährleistet. Sofern beim Bau der Erdwärmesonden andere Verpressmaterialien verwendet werden, ist ein Betrieb der Erdwärmesonde mit Temperaturen unter +1° C nicht zulässig.

Jedes einzubauende Material, welches während des Wärmepumpenbetriebs Frost-Tau-Wechseln ausgesetzt sein wird, muss also im Rahmen des genannten Baustoffprüfverfahrens die Eignung der ausreichenden Frost-Tau-Widerstandsfähigkeit nachweisen. Informationen zum Prüfverfahren, zu den Untersuchungsstellen und den als geeignet erachteten Verpresssuspensionen (siehe Produktliste A) erhalten Sie in den Dokumenten im Downloadbereich.

Baustoffhersteller, deren Produkte das Testverfahren absolviert haben, senden die Ergebnisse der Untersuchungen bitte zur Prüfung an die Behörde für Umwelt und  Energie (Adresse siehe unten). Nach Prüfung der Unterlagen erhalten sie eine Mitteilung, für welchen Einsatzbereich Ihr Produkt verwendet werden darf. Das Produkt wird nach erfolgreicher Eignungsfeststellung in die Liste der Verpresssuspensionen aufgenommen, die einen erhöhten Frost-Tau-Widerstand aufweisen.

Unabhängig von der Produkteignung sind die übrigen wasserbehördlichen Anforderungen an den Einbau von Verpresssuspensionen (z. B. 28 Tage Aushärtezeit vor Inbetriebnahme der Sonde usw.) unbedingt zu beachten (siehe Leitfaden bzw. jeweilige wasserrechtliche Erlaubnis).

[1] VDI 4640, Blatt 2, Thermische Nutzung des Untergrundes, September 2001