Deutsche Gesellschaft für Geotechnik
vertr. durch den Vorsitzenden
Herrn Prof. Dr.-Ing. Georg Heerten
Gutenbergstr. 43
45128 Essen
Deutsche Gesellschaft für Geowissenschaften
vertr. durch den Vorsitzenden
Prof. Dr. Gernold Zulauf
Buchholzer Str. 98
30655 Hannover
Titelbild: Funktionsschemata verschiedener Erdwärmesondentypen, Grafik: Sass & Mielke 2012
Der Arbeitskreis „Geothermie“ ist ein gemeinsames Gremium der Fachsektion Ingenieurgeologie (FI-DGGT/DGG) der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik und der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften und der Fachsektion Hydrogeologie der DGG (FH-DGG). Der Arbeitskreis wird geleitet von Prof. Dr. Ingo Sass, TU Darmstadt, und Dr. Dirk Brehm, BGU Bielefeld. Die Namen der weiteren Autoren finden sich im Vorwort der Empfehlungen des Arbeitskreises Geothermie.
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Die Nutzung der Oberflächennahen Geothermie hat inden vergangenen zehn Jahren enorme Zuwächse erfahren. Mit der stetig steigenden Anzahl von Geothermieanlagen ging eine steile technische Entwicklung einher. Schadensfälle im Zusammenhang mit der Herstellung und dem Betrieb der geothermischen Anlagen traten auf und waren vielfach im Fokus medialer Aufmerksamkeit. Insbesondere zeigen diese bekannt gewordenen Schadensfälle, dass das Bohren in Tiefen von bis zu einigen hundert Metern ein technisches Handeln ist, welches ein verantwortungsvolles Vorgehen im Sinne qualitätsgesicherter Planung, Ausführung und Betrieb der Anlagen erfordert. Die Vermeidung von Schäden durch oberflächennahe geothermische Anlagen ist wesentliche Voraussetzung einer nachhaltigen geothermischen Nutzung, insbesondere beim Schutz der Grundwasservorkommen vornachteiliger Beeinflussung. Die vor liegenden Empfehlungen verstehen sich als ein Beitrag zur qualitätsgesicherten Ausführung derartiger Anlagen. Es ist eines der Ziele des Arbeitskreises Geothermie der Fachsektion Hydrogeologie der DGG und der Fachsektion Ingenieurgeologie der DGG und der DGGT, die weite Verbreitung der Nutzung der Geothermie als umweltfreundliche Energiequelle zu fördern und dabei den Schutz der Wasservorkommen sehr weitgehend zu berücksichtigen. Die Empfehlungen wurden sowohl von den Autoren als auch von den herausgebenden Verbänden DGG und DGGT als Hilfestellung und nicht als technisches Regelwerk im Sinne einer Norm konzipiert. Dementsprechend enthalten die Empfehlungen des Arbeitskreises Geothermie auch einige lehrbuchartige Passagen und einen umfangreichen Teil zum Genehmigungsrecht. Zum Zeitpunkt der Drucklegung war ein Normungsvorhaben für die Oberflächennahe Geothermie nicht in Sicht. Es wird aber weiterhin als erforderlich angesehen.
Das Autorenteam und die temporären Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Arbeitskreises sind Hydrogeologen, Ingenieurgeologen und Ingenieure aus Planung, Baugewerbe, Baustoffindustrie, Behörden und Hochschulen haben die vorliegenden Empfehlungen in mehrjähriger Arbeit erstellt. Dabei war den Beteiligten immer bewusst, dass Teile der Inhalte auch eine fachliche Kontroverse auslösen können.
Zur Sicherstellung der fachlichen Qualität des Inhaltes der vorliegenden Empfehlungen des Arbeitskreises Geothermie wurden die Empfehlungen des Arbeitskreises einem Begutachtungsverfahren unterzogen. Prof. Dr. Ingrid Stober, Regierungspräsidium Freiburg, Prof. Dr. Rolf Bracke, Internationales Geothermiezentrum, Bochum, sowie Prof. Dr. Dmitry V. Rudakov, National Mining University, Dnipropetrovsk, haben mit unterschiedlicher Sichtweise diese wichtige und anspruchsvolle Aufgabe übernommen. Ihre Anmerkungen und Kommentare wurden sorgfältig in der vorliegenden Version der EA Geothermie berücksichtigt.
Neben dem Begutachtungsverfahren wurde die EA Geothermie drei Monate öffentlich über den Verlag im Internet zugänglich gemacht. Die interessierte Öffentlichkeit war aufgefordert, Anmerkungen, Kommentare und Änderungsvorschläge innerhalb eines Zeitraumes vondrei Monaten abzugeben. Das Autorenteam hat jeden einzelnen Beitrag aus dieser Richtung zur Kenntnis genommen, bewertet und an vielen Stellen Änderungen an Text und Grafik vorgenommen. Wir sind Ihnen, die diese Beiträge geleistet haben, sehr dankbar für diese wertvolle Mitarbeit an der EA Geothermie.
Die Autoren der Empfehlungen sind:
Sprecher des Arbeitskreises
Stellvertretender Sprecher
Ständige Mitglieder des AK
Prof. Dr. Ingo Sass
Darmstadt, Dezember 2013
Im Namen der herausgebenden Fachgesellschaften und der Mitglieder des Arbeitskreises Geothermie der DGG und DGGT ist es uns ein Anliegen, den zahlreichen engagierten Personen zu danken, die die Entstehung dieses Buches unterstützt, gefördert und mit gestaltet haben. Als temporäre Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Arbeitskreises bedanken wir uns bei
Dipl.-Geol. Gisela Augustin, Hamburg
Dipl.-Ing. Arne Buss, Berlin
Dr. Verena Herrmann, GMP-Geotechnik GmbH, Würzburg
Dr. Claus Heske, CDM Smith Consult GmbH, Bochum
Dr. habil. Holger Knoke, IBES GmbH, Neustadt/W.
Prof. Dr. Martin Sauter, Universität Göttingen
Dipl.-Geol. Ingo Schäfer, Geologisches Landesamt, Krefeld
Prof. Dr. Dietmar Schenk, Universität Mainz († 2008)
Dipl.-Geol. Christian Spang, Dr. Spang Ingenieurgesellschaft für Bauwesen, Geologie und Umwelttechnik mbH, Witten
Dipl.-Geol. Andreas ter Glane, HPC AG, Göttingen
Ohne die permanente Organisation und Unterstützung durch Frau Simone Ross-Krichbaum und Frau Dunja Sehn, beide Technische Universität Darmstadt, wäre die enge Folge an Arbeitssitzungen und Abstimmungen gar nicht möglich gewesen. Dipl.-Ing. Sebastian Homuth, M. Sc., Technische Universität Darmstadt, übernahm die Rolle eines Fachlektors, wofür auch ihm besonders zu danken ist. Carolin Tissen und Andreas Hofheinz, Hilfskräfte an der TU Darmstadt, waren insbesondere bei der Zusammenführung von Texten, Layoutfragen, Einbindung von Abbildungen und Setzen der Gleichungen für die EA Geothermie zuverlässige Mitarbeiter.
Weiterhin danken wir den Vorständen und Geschäftsführungen der beteiligten Fachgesellschaften und Fachsektionen für die aktive Unterstützung der Arbeit des Arbeitskreises Geothermie.
Im Namen aller Arbeitskreismitglieder und den die EA Geothermie herausgebenden Verbände DGG und DGGT danken wir Frau Prof. Dr. Stober, Freiburg, und Herrn Prof. Dr. Bracke, Bochum, für die Übernahme der verantwortungsvollen und sehr arbeitsintensiven Aufgabe der Begutachtung.
Abbildung 1.0.1 Prognose der Geothermischen Energieerzeugung in Deutschland bis in das Jahr 2020, Stand Oktober 2009
Abbildung 2.2.1 Prinzip der konduktiven Wärmeleitung in einem Gesteinskörper (l = Länge der Probe; T = absolute Temperatur)
Abbildung 2.2.2 Effektive Wärmeleitfähigkeit von Quarz und Wasser in Abhängigkeit von der Gesamtporosität
Abbildung 2.2.3 Effektive Wärmeleitfähigkeit von Quarz und Luft in Abhängigkeit von der Gesamtporosität
Abbildung 2.2.4 Effektive Wärmeleitfähigkeit von Quarz und Eis in Abhängigkeit von der Gesamtporosität
Abbildung 2.2.5 Modellbildung zur Bestimmung der effektiven Wärmeleitfähigkeit
Abbildung 2.2.6 Erscheinungsformen des unterirdischen Wassers
Abbildung 2.2.7 Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit von Wasser von der Temperatur
Abbildung 2.2.8 Abhängigkeit der spezifischen Wärmekapazität c von Wasser von der Temperatur bei Normaldruck
Abbildung 2.2.9 Abhängigkeit der kinematischen Viskosität von Wasser von der Temperatur
Abbildung 2.2.10 Abhängigkeit der spezifsichen Dichte von Wasser von der Temperatur
Abbildung 2.3.1 Ausbildung der Solarspeicherzone, Geosolarer Übergangsbereich und Terrestrischer Zone durch den solaren und terrestrischen Wärmestrom
Abbildung 2.3.2 Jahrestemperaturverläufe in der Solarspeicherzone mit geosolarem Übergangsbereich am Beispiel Berlins; Stadtrandlage, Versiegelungsgrad 20 bis 30 %
Abbildung 2.3.3 Jahrestemperaturverläufe in der Solarspeicherzone mit geosolarem Übergangsbereich am Beispiel Berlins; Innenstadtbereich, Ve rsiegelungsgrad >60 %
Abbildung 2.4.1 Klimazonen nach DIN 4710
Abbildung 2.4.2 Wärmeentzugsleistungen je Klimazone
Abbildung 3.0.1 Funktionsschema einer Wärmepumpe
Abbildung 3.1.1 Funktionsschemata einer a) U-Rohr-Erdwärmesonde, einer b) Doppel-U-Rohr-Erdwärmesonde, einer c) Koaxial- Erdwärmesonde mit innengeführtem Rücklauf und einer d) Koaxial-Erdwärmesonde mit außengeführtem Rücklauf
Abbildung 3.1.2 Schema einer typischen Standard-U-Rohr- Erdwärmesonde mit erdverlegter Horizontalanbindung, wie sie auch unter Bebauung häufig realisiert wird
Abbildung 3.1.3 Schema einer U-Rohr-Erdwärmesonde mit Horizontalanbindung über ein Schachtbauwerk
Abbildung 3.1.4 Schema einer koaxialen Erdwärmesonde mit erdverlegter Horizontalanbindung
Abbildung 3.1.5 Schema einer koaxialen Erdwärmesonde, mit Horizontalanbindung über ein Schachtbauwerk
Abbildung 3.1.6 Prinzipskizze einer EWS-Anlage für ein Einfamilienhaus
Abbildung 3.1.7 Prinzipskizze einer Erdwärmekollektoranlage für ein Einfamilienhaus
Abbildung 3.1.8 Prinzipskizze einer Brunnenanlage für ein Einfamilienhaus
Abbildung 3.1.9 Prinzipskizze einer Verdampfersonde
Abbildung 3.1.10 Bau eines Flächenkollektors
Abbildung 3.1.11 Bau eines Grabenkollektors
Abbildung 3.1.12 Konstruktionsprinzip eines Erdwärmekorbs
Abbildung 3.1.13 Einbau eines Erdwärmekorbes
Abbildung 3.1.14 Energiepfahlgründung unter einem Hochhaus
Abbildung 3.1.15 Baustellenfoto und Schemazeichnung einer Energiepfahlanlage integriert in Ve rbauwand mit überschnittenen, rückverankerten Bohrpfählen
Abbildung 3.1.16 Systembild einer Energiepfahlanlage
Abbildung 3.1.17 Pfahlbewehrung mit Wärmeaustauschrohren und Rohrleitungsausfädelung
Abbildung 3.1.18 Energiepfahlausfädelungen in einer Hochhausbodenplatte
Abbildung 3.1.19 Horizontale Anbindung von Energiepfählen an den Verteiler
Abbildung 3.2.1 Schemaskizze eines Entnahmebrunnens mit Unterwasserpumpe als Kiesschüttungs-Bohrbrunnen
Abbildung 3.2.2 Prinzip geothermischer Brunnenanlagen im ungespannten Grundwasser dargestellt für die Wärmegewinnung
Abbildung 3.2.3 Prinzip geothermischer Entnahme- und Infiltrationsbrunnenanlagen im gespannten Grundwasser
Abbildung 3.2.4 Dampfender Neuhoffnungsstollen in Bad Ems
Abbildung 3.2.5 Wasserführender „Alter Mann“
Abbildung 3.2.6 Eisenausfällungen an einer Grubenwassereinleitung in die Vorfut
Abbildung 3.2.7 Schemaskizze zur Erdwärmenutzung in „abgesoffenen“ Bergwerken bei freiem Grubenwasserauslauf
Abbildung 3.2.8 Schemaskizze zur Erdwärmenutzung in abgesoffenen“ Bergwerken bei tiefer Grundwasserdruckfläche
Abbildung 3.3.1 Numerische Simulation eines Erdsonden-Wärmespeichers
Abbildung 3.3.2 Noch ungeordneter Bauzustand des Erdwärme- Sondenspeichers Crailsheim vor dem Aufbringen der Rekultivierungsschicht
Abbildung 4.2.1 Schematische Aufsicht auf den Einflussbereich einer EWS in Bezug auf eine Grundstückgrenze
Abbildung 6.1.1 Bohranlage beim Ansatz des pneumatischen Imlochhammer-Verfahrens
Abbildung 6.2.1 Haspelwagen mit Eigenantrieb und 400 m Doppel-U-Rohrsonde
Abbildung 6.3.1 Geometrische Bohrlochabweichung bei einer um 1°, 2° und 3° geneigten Bohranlage
Abbildung 6.3.2 Vertikalitätsüberprüfung einer Erdwärmesondenbohrung, die mit dem Imlochhammer-Verfahren hergestellt wurde
Abbildung 6.3.3 Schematische Darstellung einer Bohrung ohne Stabilisatoreinsatz
Abbildung 6.3.4 Durch richtige Dimensionierung von Bohrstrang, Bohrkopf und Vortriebsart kontrollierte Vertikalbohrung bei kleinem Bohrgestängebiegerradius
Abbildung 6.3.5 Schematische Darstellung eines Stabilisatorgestänges
Abbildung 6.3.6 Möglichkeiten der Bohrlochabweichungen durch Formationswechsel
Abbildung 6.3.7 Kaliberaufweitung und initiale Aufrichtung einer Bohrung an einem flach liegenden Kompentenzwechsel im Gebirge
Abbildung 6.3.8 Links: Entstehung eines Bohrlochversatzes (dogleg) durch Kompetenzwechsel im Gebirge; rechts: Ablenken einer Bohrung durch Aufrichten des Meißels beim mehrfachen inkompetent/ kompetent-Übergang
Abbildung 6.5.1 Schemaskizze eines Geothermal Response Tests
Abbildung 6.5.2 Kompakte, mobile GRT-Einheit
Abbildung 6.5.3 Zeitlicher Verlauf der Vor- und Rücklauftemperaturen sowie der mittleren Temperatur im Wärmeträgermedium während eines GRT
Abbildung 6.5.4 Beispiel für die Regression zur Auswertung eines GRT Ergebnisses
Abbildung 6.5.5 Schematischer Schnitt durch einen Doppel-U-Erdwärmeaustauscher mit assoziierten thermischen Teilwiderständen
Abbildung 6.5.6 Darstellung einer typischen GRT-Messkurve und ihrer Ableitung erster Ordnung
Abbildung 6.5.7 Beispiel für unterschiedliche Leitfähigkeiten der den Erdwärmeaustauscher umgebenden Gesteine
Abbildung 6.5.8 Vergleichende Darstellung des Temperaturverlaufs unter Zugrundelegung von Linien- und Zylinderquellentheorie
Abbildung 6.5.9 Daten von Messungen an einer Doppel-U-Erdwärmesonde und an einem zylindrischen Erdwärmekorb
Abbildung 6.5.10 Auswertung einer Messung an einer Doppel-U-Sonde
Abbildung 6.5.11 Auswertung einer Messung an einer Doppel-U- Sonde
Abbildung 6.5.12 Auswertung einer Messung an einem zylindrischen Erdwärmekorb
Abbildung 6.5.13 Auswertung mittels zeitgebundener Superposition bei schwankender Stromspannung während der GRT-Durchführung
Abbildung 6.5.14 Sensitivitätsanalyse für den Kennwert Wärmeleitfähigkeit in einem GRT
Abbildung 6.5.15 Sensitivitätsanalyse für den Kennwert Volumetrische Wärmekapazität in einem GRT
Abbildung 6.5.16 Sensitivitätsanalyse für den Kennwert Heizleistung in einem GRT
Abbildung 6.5.17 Sensitivitätsanalyse für den Kennwert Thermische Leitfähigkeit in einem GRT
Abbildung 6.5.18 Widerstände an einem Erdwärmeaustauscher
Abbildung 6.5.19 Einbau einer koaxialen Erdwärmesonde mit Glasfaser-Kupfer-Kabelbündel als Rollenware
Abbildung 6.5.20 Messergebnisse EGRT an einer 150 m tiefen Erdwärmesonde
Abbildung 6.5.21 Ausgewertete Messergebnisse des EGRT mit Bohrprofil
Abbildung 6.5.22 Messergebnisse eines EGRT bei Hamburg
Abbildung 6.5.23 Wärmeleitfähigkeits-Tiefenprofile zweier EGRT mit lokal begrenztem Grundwassereinfluss
Abbildung 7.1.1 Druckverluste in Abhängigkeit des Massen- bzw. Volumenstroms für die Doppel-U-Rohr-EWS 32 × 2,9 mm und 40 × 3,7 mm für Wasser mit 4 °C als Wärmeträgermedium und einer Sondenlänge von 120 m
Abbildung 7.1.2 Druckverluste in Abhängigkeit der EWS-Länge für typische Doppel-U-Rohrsonden mit Wasser (4 °C) als Wärmeträgermedium und einem Volumenstrom von 2 m³/h (turbulente Strömung) sowie die zugehörigen Leistungsaufnahmen der Umwälzpumpe (angenommener Wirkungsgrad: 25 %)
Abbildung 7.1.3 Orientierende Werte für Einbettungen des Sondenbündels bei beispielhaften Verpressrohrdurchmessern (grau) bei üblichen Bohrdurchmessern
Abbildung 7.1.4 Beispiele für Ausführungen des Sondenfußes
Abbildung 7.1.5 Gewichte wassergefüllter Erdwärmesondenrohre in Abhängigkeit von der Sondenlänge und dem PE-Rohrmaterial
Abbildung 7.1.6 Auf das Sondenrohr wirkende Auftriebskraft in Abhängigkeit von der Suspensionsdichte und der Bohrlochtiefe
Abbildung 7.1.7 Restauftrieb in Abhängigkeit von der Länge der wassergefüllten Sondenrohre für verschiedene Suspensionsdichten
Abbildung 7.1.8 Notwendiges Zusatzgewicht in Abhängigkeit von der Länge einer wassergefüllten PE-100 Doppel-U-Rohr (32 × 2,9 mm) Sonde für verschiedene Suspensionsdichten
Abbildung 7.1.9 Scherfestigkeitsentwicklung eines Standardverfüllbaustoffes bei 10 °C Bodentemperatur
Abbildung 7.1.10 Einsatz der Laborflügelsonde in einem noch nicht stichfesten Hinterfüllbaustoff
Abbildung 7.1.11 Entwicklung der einaxialen Zylinderdruckfestigkeit eines Standardverfüllbaustoffes bei 10 °C Bodentemperatur
Abbildung 7.1.12 Spülungswaage
Abbildung 7.1.13 Marshtrichter
Abbildung 7.1.14 Feldaräometer zur Bestimmung der Spülungsdichte
Abbildung 7.1.15 Fehlstellen durch Bereiche unterschiedlicher Dichte
Abbildung 7.1.16 Hohlraumbildung an der Sonde
Abbildung 7.1.17 Hohlraumbildung an der Bohrlochwand
Abbildung 7.1.18 Thermischer Bohrlochwiderstand in Abhängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit des Verfüllbaustoffes
Abbildung 7.1.19 Schematische Darstellung von Rissbildungen durch Frost-Tau-Wechsel
Abbildung 7.1.20 Massenverlust von Hinterfüllbaustoffen nach 10 Frost-Tau-Wechsel-Beanspruchungen
Abbildung 7.1.21 Hinterfüllbaustoffe mit unzureichendem Frost-Tau-Widerstand nach 2 bis 5 Frost-Tauwechsel-Belastungen
Abbildung 7.1.22 Hinterfüllbaustoffe mit hohem Frost-Tau-Widerstand nach 10 und mehr Befrostungs- und Auftauzyklen
Abbildung 7.1.23 Temperaturverlauf für einen Frost-Tau-Wechsel; Diagramm: nach DIN EN 12371
Abbildung 7.1.24 Wasserdurchlässigkeitszelle für Frost-Tau-Versuche
Abbildung 7.1.25 Schematische Darstellung des Frost-Tau-Wechsel-Versuchstandes
Abbildung 7.1.26 Risse in einem Prüfkörper mit geringem Frost-Tau-Widerstand nach einem Frost-Tau-Zyklus
Abbildung 7.1.27 Prüfkörper eines Baustoffes mit hohem Frost-Tau-Widerstand nach sechs Frost-Tau-Zyklen
Abbildung 7.1.28 Fallbeispiel Erdwärmesondenausbau in einem gespannten Grundwasser
Abbildung 7.1.29 Fallbeispiel Erdwärmesondenausbau über Grundwasserstockwerke hinweg
Abbildung 7.1.30 Fallbeispiel Erdwärmesondenausbau in einem Festgesteinsgrundwasserleiter
Abbildung 7.1.31 Fallbeispiel Erdwärmesondenausbau in einem Karstgrundwasserleiter
Abbildung 7.1.32 Fallbeispiel Erdwärmesondenausbau in einem schwebenden Grundwasserkörper im Hangenden eines Grundwasserleiters
Abbildung 7.1.33 Fallbeispiel: Erdwärmesondenausbau in einer Kontamination
Abbildung 7.1.34 Erfolgreicher Durchflusstest einer über 350 m tiefen Erdwärmesonde
Abbildung 7.1.35 Nachweis von Lufteinschlüssen in einer 400 m tiefen Erdwärmesonde durch einen Durchflusstest
Abbildung 7.1.36 Vergleichsdiagramm von berechneten und gemessenen Druckverlustwerten eines Erdwärmesondenfeldes
Abbildung 7.1.37 Durchflussdiagramm für eine Erdwärmesonde mit d = 25 mm pro Kreis mit verschiedenen Längen bei Wasser (15 °C)
Abbildung 7.1.38 Durchflussdiagramm für eine Erdwärmesonde mit d = 32 mm pro Kreis mit verschiedenen Längen bei Wasser (15 °C)
Abbildung 7.1.39 Durchflussdiagramm für eine Erdwärmesonde mit d = 40 mm pro Kreis mit verschiedenen Längen bei Wasser (15 °C)
Abbildung 7.1.40 Druckprüfung; Diagramm nach SIA 384/6
Abbildung 7.1.41 Verteiler für sechs Erdwärmesonden mit Mikroblasenabscheider
Abbildung 7.1.42 Getrennte Verlegung der Rohre und Einsanden als Schutzmaßnahme für die Rohre
Abbildung 7.1.43 Prüfung der Dichte des Wärmeträgermediums mit einem Aräometer und Refrakometer
Abbildung 7.2.1 Einfluss des Rohrabstandes auf die Energieeffizienz
Abbildung 7.2.2 Kollektorbezogene Annuität bei optimierter Spreizung und optimierter Rohrstranglänge bzw. 100 m Rohrstranglänge
Abbildung 8.1.1 Erbohrung eines artesischen Grundwasservorkommens
Abbildung 8.1.2 Definition der Grenzstromlinie, neu gezeichnet nach LFU
Abbildung 8.1.3 Bestimmung des Mindestabstands zweier Brunnen, neu gezeichnet nach LFU
Abbildung 8.1.4 Grafische Bestimmung des kritischen Abstands zweier Förder- und Verpressbrunnen mit unterschiedlichem Anströmwinkel, neu gezeichnet nach LFU
Abbildung 8.1.5 Thermische Nettoleistung in Abhängigkeit von Zirkulationsmenge und Temperaturspreizung
Abbildung 8.1.6 Simulierter hydrothermischer Kurzschluss zwischen zwei konkurrierenden geothermischen Brunnenanlagen
Abbildung 8.1.7 Verockerung
Abbildung 8.1.8 Inkrustation
Abbildung 8.1.9 Versinterung
Abbildung 8.1.10 3D-FEM des Fallbeispiels: Grundwasserströmungssituation bei Heizbetrieb
Abbildung 8.1.11 3D-FEM des Fallbeispiels: Grundwasserströmungssituation bei Kühlbetrieb
Abbildung 8.1.12 Hydroisohypsen- und Isothermenkarte nach der 8. Heizperiode im Fallbeispiel
Abbildung 8.1.13 Hydroisohypsen- und Isothermenkarte nach der 9. Kühlperiode im Fallbeispiel
Abbildung 9.1.1 5-M-Risiken und die Grundlagen der Verantwortlichkeit in Anlehnung an die von Englert & Schalk (2003) entwickelte 5-M Methode
Abbildung 9.1.2 Methoden (gekürzt) zur Beeinflussung des Bohrvorganges
Abbildung 9.3.1 Durch Erdwärmesonden verursachte Stockwerksverbindung und die daraus entstehenden Gefahrenpotenziale
Abbildung 9.5.1 Verkeilung von Erdwärmesonden im Bohrloch mit größerem Durchmesser
Abbildung 9.5.2 Einbauerschwernis bei Verwendung ungeeigneter Abstandhalter
Abbildung 9.5.3 Einbaurisiken bei gebrächem Gebirge
Tabelle 2.1 Wärmekapazität Cth (Ws · K–1) von ungefrorenen Böden
Tabelle 2.2 Wärmeleitfähigkeit λ (W · m–1 · K–1) von ungefrorenen Böden
Tabelle 2.3 Wärmekapazität Cth (Ws · K–1) von gefrorenen Böden
Tabelle 2.4 Wärmeleitfähigkeit λ (W · m–1 · K–1) von gefrorenen Böden
Tabelle 2.5 Typische Wärmeleitfähigkeiten verschiedener Gesteine
Tabelle 2.6 Die 15 Klimazonen in Deutschland
Tabelle 4.1 Zuständige Behörden für den Vollzug der Gesetze, die für die Zulassung und den Betrieb von oberflächennahen Geother- mischen Anlagen von Bedeutung sind
Tabelle 5.1 Planungsprogramme und numerische Simulationsmodelle zur Auslegung von geothermischen Anlagen
Tabelle 6.1 Übersicht über Bohrverfahren
Tabelle 6.2 Einbauhilfen für Erdwärmesonden-Schlauchware
Tabelle 6.3 Vereinfachte geologische Verhältnisse und die zugehörigen Bemessungskennwerte für den berechneten Beispielfall
Tabelle 6.4 Variation der Sondentiefe bei der Anordnung der EWS im Quadrat
Tabelle 6.5 Geologische Risikomerkmale und vorbereitende Maßnahmen mit technischen Gegenmaßnahmen in der Ausführungsphase
Tabelle 7.1 Verfüllbaustoffe für Erdwärmesonden – Baustoffkennwerte und Anforderungsprofl
Tabelle 7.2 Grenzwerte für die Expositionsklassen von betonaggressiven Wässern gemäß der DIN EN 206-1
Tabelle 7.3 Beispiele für Rohrleitungen und zugehörige Volumen
Tabelle 7.4 Zulässige abgelassene Wa ssermenge pro Meter Erd wärmesonde nach SN EN 805, die für die Druckabsenkung nicht überschritten werden darf
Tabelle 7.5 Vergleich einiger physikochemischer Kennwerte von Monoethylenglykol und Monopropylenglykol
Tabelle 8.1 Chronologische Arbeitsschritte der iterativen Brunnenbemessung
Tabelle 8.2 Hydrochemie und Brunnenleistungseinschränkungen
Tabelle 8.3 Typische anorganische Verbindungen bei Fouling- und Scalingerscheinungen in Brunnen
Tabelle 8.4 Analytik bei Erkundung eines Grundwasservorkommens
Tabelle 8.5 Kostenfreie analytische und numerische Berechnungssoftware für hydrochemische Fragestellungen
Tabelle 9.1 Die Inanspruchnahme-Risiken eines Bohrunternehmens und deren Absicherung
Tabelle 9.2 Beispiele rechtlicher Grundlagen für einen Anspruch gegenüber einem Schädiger
Die Mitglieder des Arbeitskreises Geothermie (AK Geothermie) der Fachsektionen Hydrogeologie (FH-DGG) und Ingenieurgeologie (FI-DGG/ DGGT) der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften (DGG) und der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik (DGGT) freuen sich, dass Sie Interesse an den Empfehlungen „Oberflächennahe Geothermie – Empfehlungen zu Planung, Bau, Betrieb und Qualitätssicherung“ (EA Geothermie) haben. Diese Empfehlungen sind das Ergebnis der laufenden Arbeit des AK Geothermie. Der Arbeitskreis wird als AK 4.11 bei der DGGT geführt. Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des AK sind Experten aus allen Bereichen, die mit Geothermie zu tun haben: Industrie, Behörden, Consulting, Fachhochschulen und Universitäten.
Die Herausgabe der vorliegenden Empfehlungen ist eine der Hauptaufgaben des Arbeitskreises. Die vorliegenden Empfehlungen beschränken sich zunächst auf die oberflächennahe Geothermie, doch sollen auch Aspekte der Tiefengeothermie berücksichtigt werden. Weiterhin sollen die Empfehlungen eine fachliche Grundlage für die Aus- und Weiterbildungsveran-staltungen für gewerbliches Bohrpersonal in Anlehnung an DIN EN ISO 22475-1 „Fachkraft Bohrungen für geothermische Zwecke und Einbau von geschlossenen Wärmeüberträger-Systemen (Erdwärmesonden)“ (DGGT/ DGG, 2010) gewährleisten.
Der AK Geothermie tritt zu regelmäßigen Arbeitssitzungen etwa vier bis sechs Mal im Jahr zusammen. Eine der Hauptaufgaben des AK ist die Herausgabe von Hinweisen, Tipps und Handlungsempfehlungen für die Mitglieder der Fachsektionen und andere Personen und Körperschaften, die mit Fragestellungen im Bereich der Geothermie Berührung haben. Diese Empfehlungen berücksichtigen insbesondere den Untergrundteil der verschiedenen Geothermieanlagen. Es sollen die wichtigsten Aspekte der geothermischen Nutzung des Untergrundes angerissen werden, wobei der Fokus eindeutig auf den häufigsten Anwendungsformen Erdwärmesonden und Brunnenanlagen liegt. Spezielle Verfahren, Techniken oder Verfahrens-kombinationen gibt es am Markt in großer Zahl. Der Umstand, dass diese in der EA Geothermie zumeist nicht ausführlich diskutiert werden, impliziert keineswegs, dass es sich bei den verschiedenen Spezialitäten etwa um untaugliche oder weniger gut geeignete Systeme handelt. Die Beschränkung auf die gebräuchlichsten Systeme ist lediglich der Begrenzung des Umfanges dieses Buches geschuldet.
Ein besonderes Anliegen der Empfehlungen sind die qualitätsgesicherte Planung, der Bau und Betrieb von oberflächennahen geothermischen Anlagen sowie deren qualifizierte Überwachung. Die Empfehlungen sollen helfen, den Schutz der Grundwasservorkommen sicher zu stellen, ohne die weitere Verbreitung geothermischer Heiz- und Kühlsysteme zu behindern. Dazu steht die Vermeidung von Schäden an der geothermischen Anlage sowie Schäden durch die Herstellung und den Betrieb der Anlagen im Mittelpunkt. Aufgrund aktueller Projekte wurden die Empfehlungen mit einem separaten Abschnitt zur Bewältigung von Risikopotenzialen ausgestattet.
In der Nutzung der oberflächennahen Geothermie besteht eine große, umweltfreundliche und auch sichere Möglichkeit, den Primärenergieverbrauch unserer Gesellschaft zu reduzieren. 50% bis 60% des Gesamtenergieverbrauchs der Industrienationen in Mitteleuropa ist durch den Betrieb von Gebäuden verursacht. Hier setzt die Geothermie fast ortsunabhängig, frei von direkten Emissionen, wirtschaftlich und grundlastfähig an.