Erdwärmenutzung in Hessen - Leitfaden für Erdwärmepumpen (Erdwärmesonden) mit einer Heizleistung bis 30 kW
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Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie Erdwärmenutzung in Hessen Leitfaden für Erdwärmepumpen (Erdwärmesonden) mit einer Heizleistung bis 30 kW 3., überarbeitete Auflage
Vorwort
Erdwärmenutzung in Hessen
Leitfaden für Erdwärmepumpen (Erdwärmesonden)
mit einer Heizleistung bis 30 kW
3., überarbeitete Auflage
Wiesbaden, 2007
w w w . h m u l v . h e s s e n . d e • w w w . h l u g . d e
Erdwärmenutzung in Hessen
Inhalt
Vorwort
3
Einleitung
4
1. Erdwärme
5
2. Erschließung und Nutzung der Erdwärme
6
3. Bemessung und Abstände von Erdwärmesonden
und -kollektoren 9
4. Grundlagen des Erlaubnisverfahrens
11
5. Standortbeurteilung
13
6. Technische Anforderungen an Bauausführung
und Betrieb 21
7. Erlaubnisverfahren
24
8. Literatur
25
Formulare:
Antrag auf Erlaubnis von Erdwärmenutzung mittels-
Erdwärmepumpe mit einer Heizleistung bis 30 kW
27
Anzeige von Bohrung(en)
29
Ansprechpartner
30
Impressum
32
2 w w w . h m u l v . h e s s e n . d e • w w w . h l u g . d e
Vorwort
Steigende Energiekos- Schutz und zur Erhaltung dieses wertvollen Reser-
ten haben zu einem voirs sind daher vorsorgliche Regelungen für die
Boom bei der Nutzung Erschließung und Gewinnung der Erdwärme not-
erneuerbarer Energien wendig.
geführt. Eine der in-
teressantesten alter- Das Hessische Landesamt für Umwelt und Geologie,
nativen Energieformen zu dessen Aufgaben seit Jahrzehnten die Erschlie-
stellt die Erdwärme ßung und der Schutz des Grund- und Trinkwassers
dar. Sie steht überall zählen, ist somit auch die zentrale Anlaufstelle für
und jederzeit, unab- Fragen zur Erdwärmenutzung in Hessen geworden.
hängig von Wind, Wet-
ter und Sonnenein- In der dritten Auflage dieses Leitfadens sind die in
strahlung zur Verfügung. Ihre Erschließung ist grund- den vergangenen Jahren gesammelten Erfahrungen
sätzlich auf jedem Grundstück möglich und sie kann der Wasser- und Bergbehörden eingeflossen. Ich
zur Beheizung von kleinen Einfamilienhäusern bis freue mich daher, Ihnen einen vollständig überarbei-
hin zu großen Bürogebäuden genutzt werden. teten und aktualisierten Leitfaden vorlegen zu kön-
Bereits heute werden in Hessen jährlich über 1000 nen.
Anlagen zur Erdwärmenutzung errichtet, wobei ein
Ende des Booms nicht absehbar ist. Wahrscheinlich
wird zukünftig Erdwärme eine der wichtigsten Ener-
giequellen zur Beheizung von neu errichteten Ein-
familienhäusern sein.
Erdwärmenutzungen sind regelmäßig mit einem Ein-
griff in das Grundwasser verbunden, aus dem in Hes-
Dr. Thomas Schmid
sen über 90 Prozent des Trinkwassers der öffentli- Präsident
chen Versorgung gewonnen wird. Zum nachhaltigen des Hessischen Landesamtes für Umwelt und Geologie
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Erdwärmenutzung in Hessen Einleitung Der vorliegende Leitfaden richtet sich an Bauher- ten sind für die wasserrechtliche Erlaubnis lediglich ren, Planungsbüros, Fachfirmen und Behörden. Er vereinfachte Antragsunterlagen erforderlich. erläutert die fachlichen Grundlagen des vom Hessi- schen Ministerium für Umwelt, ländlichen Raum Die dem Leitfaden beigefügten Vordrucke unterstüt- und Verbraucherschutz herausgegebenen Erlasses zen den Antragsteller/die Antragstellerin bei der „Anforderungen des Gewässerschutzes an Erdwär- Zusammenstellung der erforderlichen Unterlagen mepumpen“ vom 8. Juni 2004. Es werden Gebiete für das wasserrechtliche Genehmigungsverfahren. benannt, die bei Einhaltung bestimmter Auflagen an Bauausführung und Betrieb von Erdwärmesonden Der Leitfaden und dazugehörige Detailkarten kön- als hydrogeologisch und wasserwirtschaftlich güns- nen im Internet unter http:\www.hlug.de eingese- tig zu beurteilen sind. In diesen günstigen Gebie- hen und heruntergeladen werden. 4 w w w . h m u l v . h e s s e n . d e • w w w . h l u g . d e
1. Erdwärme
Als Erdwärme wird die unterhalb der Oberfläche
der festen Erde vorhandene thermische Wärme-
energie bezeichnet. Diese beruht im Wesentlichen
auf der von der Sonne eingestrahlten Wärmeenergie
und dem vom Erdinneren zur Erdoberfläche gerich-
teten terrestrischen Wärmestrom.
Die von der Sonne eingestrahlte und die von der
Erdoberfläche an die Atmosphäre abgegebene Wär-
meenergie ist hierbei maßgebend für die Tempera-
turen in den oberflächennahen Schichten bis zu ei- 20 m
ner Tiefe von etwa 10–20 m. In den tieferen 10 °C
Schichten ist der terrestrische Wärmestrom maßge-
bend. Die Quellen des terrestrischen Wärmestroms
sind u.a. die bei der Erdentstehung frei gewordene
Energie und die durch den Zerfall radioaktiver Iso-
tope frei gesetzte Energie.
Unterhalb des Einflussbereichs der Sonneneinstrah-
lung, d.h. unterhalb etwa 10–20 m, nimmt in
120 m
Deutschland die Temperatur im Mittel um rd. 3 °C
13 °C
pro 100 m Tiefe zu. Man spricht in diesem Zusam-
menhang vom „geothermischen Gradienten“. Je
höher dieser Gradient ist, umso stärker steigt die
Temperatur mit zunehmender Tiefe (Abb. 1).
220 m
16 °C
Beispiel:
350 m
Unter der Annahme einer mittleren Untergrund-
20 °C
temperatur von 10 °C in 20 m Tiefe ist bei einem
geothermischen Gradienten von 3 °C pro 100 m
eine Untergrundtemperatur von 13 °C in ca.
120 m Tiefe, von 16 °C in ca. 220 m Tiefe und von
20 °C in ca. 350 m Tiefe zu erwarten. Abb. 1: Einflussbereiche des solaren und terrestrischen Wärmestroms.
Im Einflussbereich des terrestrischen Wärmestroms steigt die
Temperatur im Schnitt um 3 °C pro 100 m Tiefe. Hier ist die Tem-
peratur keinen jahreszeitlichen Schwankungen unterworfen.äme-
sonden.
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Erdwärmenutzung in Hessen
2. Erschließung und Nutzung der Erdwärme
Erschließung
Die zur Erschließung oberflächennaher Erdwärme aus nur einer Kunststoffrohschleife bestehenden
am häufigsten genutzten Wärmepumpen-Systeme Einfach-U-Sonden und die aus Innen- und Außen-
sind Erdwärmesonden; seltener werden Erdwärme- rohr bestehenden Koaxialsonden. Bisher nur selten
kollektoren genutzt. Die Erdwärmesonden können finden sich die seit etwa fünf Jahren auf dem Markt
zum Heizen und Kühlen von Gebäuden bzw. zum befindlichen, aus flexiblem Kupfer- oder Edelstahl-
Speichern von Wärmeenergie genutzt werden. rohr bestehenden CO2-Sonden.
Erdwärmesonden werden in Bohrungen mit Tiefen Ein Spezialfall der Erdwärmesonden stellen die sog.
von meist weniger als 100 m, teils auch über 150 m Energiepfähle dar. Es handelt sich hierbei um
und mit Bohrdurchmessern bis 220 mm eingebaut. Gründungspfähle (Bohr- oder Rammpfähle), die mit
Der häufigste Sondentyp, die Doppel-U-Sonde, be- innen liegenden Kunststoffrohren als Wärmetau-
steht aus paarweise gebündelten U-förmigen Kunst- scher ausgestattet sind. Energiepfähle kommen i.d.R.
stoffrohrschleifen (Abb. 2 und 3). Seltener sind die nur beim Bau von Gebäuden zum Einsatz, die eine
Pfahlgründung erfordern (d.h.
in erster Linie Großbauwerke).
Bei Erdwärmekollektoren
werden die Wärmeübertrager-
rohre in einer Tiefe von max.
2 m unter Gelände horizontal
verlegt (Abb. 4). Sie funktionie-
ren nach dem gleichen Prinzip
Sondenfuß
wie Erdwärmesonden, werden
jedoch aufgrund ihres großen
Flächenbedarfs von bis zur
zweifachen Größe der zu behei-
zenden Fläche seltener einge-
setzt. Erdwärmekollektoren ge-
winnen die von der Sonne ein-
gestrahlte Wärmeenergie.
Durch den Jahreszyklus regene-
riert sich diese Wärmeenergie
Gewicht
immer wieder.
Spiralsonden, Schnecken-
sonden und Erdwärmekörbe
sind Mischformen von Sonden
Abb. 2: Erdwärmesonden. Abb. 3: Sondenfuß. und Kollektoren mit geringeren
6 w w w . h m u l v . h e s s e n . d e • w w w . h l u g . d e
Einbautiefen als übliche Sonden (max. 5–6 m) und fläche verlegte Sammelleitungen (Abb. 2). Eine in
einem gegenüber Kollektoren kleineren Flächenbe- den Sonden in einem geschlossenen Kreislauf zirku-
darf. lierende Wärmeträgerflüssigkeit nimmt im Unter-
grund Wärme auf und transportiert diese zur Wär-
Der nach Einbau der Erdwärmesonden im Bohrloch mepumpe. Eine Ausnahme bildet die CO2-Sonde,
verbleibende Hohlraum zwischen den Sondenbün- bei der am Sondenkopf ein zusätzlicher Wärmetau-
deln und der Bohrlochwand wird mit einer Zement- scher zwischengeschaltet ist.
Bentonit-Suspension hohlraumfrei verpresst. Dies
erfolgt zur Verhinderung einer hydraulischen Verbin- Weitere Erdwärmepumpen-Systeme sind die sog. of-
dung zweier oder mehrerer Grundwasserstockwerke fenen Systeme oder solche mit Direktverdam-
und eines Austritts des Wärmeträgermittels im Scha- pfung. Diese Systeme bedürfen generell einer was-
densfall. Gleichzeitig wird durch die Verpressung ei- serrechtlichen Erlaubnis. Grundlage für die wasser-
ne gute thermische Anbindung der Sonden an den rechtliche Erlaubnis ist die hydrogeologische Stel-
Untergrund erreicht. lungnahme des Hessischen Landesamtes für Umwelt
Der Anschluss der Sonden an die im Haus befindli- und Geologie (HLUG). Für das Erlaubnisverfahren
che Wärmepumpe erfolgt über nahe der Erdober- kann der Erlass „Anforderungen des Gewässer-
schutzes an Erdwärmepumpen“ sinn-
gemäß herangezogen werden.
Bei offenen Systemen wird das
Grundwasser selbst der Wärmepum-
pe zugeführt und die Wärmeenergie
des Wassers über einen Wärmetau-
scher auf den Sekundär- bzw.
Arbeitsmittelkreislauf übertragen.
Man unterscheidet hierbei Koaxial-
brunnen, bei denen ein einziger
Brunnen als Entnahme- und Versenk-
brunnen genutzt wird, von Brunnen-
Dubletten, bei denen Entnahme und
Versenkung an zwei getrennten Brun-
nen erfolgen. Diese Systeme können
bis in sehr große Tiefen reichen
(>1000 m).
Bei der Direktverdampfung sind Son-
den- bzw. Kollektor- und Wärme-
pumpenkreislauf nicht voneinander
getrennt, sondern vereint.
Abb. 4: Erdwärmekollektoren.
w w w . h m u l v . h e s s e n . d e • w w w . h l u g . d e 7Erdwärmenutzung in Hessen
Funktionsweise der Wärmepumpe
Die Wärmepumpe ermöglicht es, Wärme durch den Die Wärmepumpe arbeitet hierbei umso wirtschaft-
Einsatz mechanischer oder thermischer Antriebs- licher, je geringer die Temperaturdifferenz zwischen
energie von einem niedrigen Temperaturniveau der Wärmequelle (hier: Erdwärmesonde) und der
(z.B. 0 °C) auf ein zum Heizen und zur Warmwas- Wärmenutzungsanlage (hier: Heizung) ist. Die Erd-
serbereitung nutzbares Temperaturniveau (z.B. wärme wird daher am wirtschaftlichsten in Verbin-
35 °C) anzuheben. Auch der in jedem Haushalt vor- dung mit einem Niedertemperatur-Heizsystem wie
handene Kühlschrank basiert auf diesem Prinzip: z.B. einer Fußbodenheizung genutzt.
Dem Innenraum des Kühlschranks (= Erdreich)
wird Wärme entzogen, die dann auf ein höheres Die Wirtschaftlichkeit einer Erdwärmesondenanlage
Temperaturniveau angehoben und an der Rückseite wird durch die Jahresarbeitszahl beschrieben. Die-
des Kühlschranks (= Heizungssystem) an die Umge- se entspricht dem Verhältnis aus Heizwärme und
bungsluft abgegeben wird (Abb. 5). zugeführter Antriebsenergie des Wärmepumpen-
2
Der Verdichter komprimiert das dampfförmige Arbeits-
mittel unter Verbrauch mechanischer oder elektrischer
Energie (W), wobei sich dieses weiter erwärmt.
Verdichter
1 Verdampfer W Verflüssiger 3
Im Verdampfer nimmt Q ab Im Verflüssiger gibt
das kalte flüssige Ar- das erwärmte dampf-
beitsmittel Energie (Qzu) förmige Arbeitsmittel
aus der Erdwärmesonde thermische Energie
auf und verdampft. (Qab) an das Heizsys-
verdichten tem ab und konden-
siert (d.h. es wird wie-
der flüssig), wodurch
verdampfen seine Temperatur ab-
verflüssigen nimmt.
Q zu
entspannen
Entspannungsventil
4
Am Entspannungsventil dehnt sich das flüssige
Arbeitsmittel aus, seine Temperatur nimmt weiter ab.
Im Verdampfer beginnt der Kreislauf von neuem.
Abb. 5: Funktionsschema einer Wärmepumpe.
8 w w w . h m u l v . h e s s e n . d e • w w w . h l u g . d eVerdichters und anderer Komponenten (z.B. Um-
wälzpumpen). Moderne Erdwärmepumpen errei-
chen bei korrekter Anlagendimensionierung Arbeits-
zahlen von bis zu 4.
Nutzen (Einsparpotenzial)
Ein Niedrigenergiehaus mit einem Heizbedarf von
7 m3 Erdgas bzw. 7 l Heizöl pro Quadratmeter
Wohnfläche und Jahr hat bei einer beheizten Fläche
von 150 m2 einen Heizenergiebedarf von etwa
10 500 kWh (1 m3 Erdgas bzw. 1 l Heizöl entspre-
chen ca. 10 kWh Heizenergie).
Bei einer modernen Erdwärmesondenheizung mit
einer Jahresarbeitszahl von 4 wird lediglich ein Vier-
tel dieses Heizenergiebedarfs als Strom für den An-
trieb der Wärmepumpe benötigt. Abb. 6: Erdwärmesondenanlagen gewinnen bis zu ¾ der
Heizenergie kostenfrei aus dem Untergrund.
Dies bedeutet: Mit 1 kWh Strom holt die Wärme-
pumpenanlage 3 kWh quasi kostenfrei aus dem Un- darüber hinaus in der Regel einen vergünstigten
tergrund ins Haus (Abb. 6). Für den Strom gibt es Wärmepumpentarif.
3. Bemessung und Abstände von Erdwärmesonden
und -kollektoren
Bemessung
Die richtige Bemessung von Erdwärmesonden und Bemessung einer Erdwärmeanlage jeweils auf den
-kollektoren ist Voraussetzung für ihren technischen Einzelfall abgestimmt werden.
und wirtschaftlichen Erfolg. Eine zu knappe Dimen-
sionierung kann zu erheblichen Problemen im Be- Für kleinere Anlagen mit einer Heizleistung bis zu
trieb sowie zu überhöhten Betriebskosten führen; ei- 30 kW kann die Bemessung unter bestimmten Voraus-
ne Überdimensionierung führt zu erhöhten Inves- setzungen anhand der für unterschiedlichste Gesteine
titionskosten. ermittelten spezifischen Entzugsleistungen abge-
schätzt werden. Die hierfür erforderlichen Vorausset-
Da die Leistung einer Erdwärmepumpe wesentlich zungen sowie Angaben zu den spezifischen Entzugs-
vom spezifischen Wärmebedarf des zu beheizenden leistungen können der VDI Richtlinie 4640, Blatt 2,
Gebäudes und der jeweiligen geologischen bzw. entnommen werden. Zusätzliche Erläuterungen und
hydrogeologischen Situation abhängt, muss die Beispiele finden sich z.B. in REUß & SANNER (2001).
w w w . h m u l v . h e s s e n . d e • w w w . h l u g . d e 9Erdwärmenutzung in Hessen Mindestabstände zwischen Erd- Bei Erdwärmekollektoren ist die Reichweite des wärmesonden und -kollektoren horizontalen thermischen Einflusses geringer als bei Im Auftrag des schweizerischen Bundesamtes für Erdwärmesonden, so dass die vorgenannten Unter- Energiewirtschaft entwickelte Rechenmodelle suchungsergebnisse im Hinblick auf die Frage von zeigen, dass sich der thermische Einfluss von Erd- Mindestabständen ebenfalls anwendbar sind. wärmesonden im Erdreich bei kleinen Anlagen (Heizleistung
4. Grundlagen des Erlaubnisverfahrens
Wasserrecht
Maßnahmen, die geeignet sind, dauernd oder in Bei Beachtung der in den „Anforderungen des
einem nicht nur unerheblichen Ausmaß schädliche Gewässerschutzes an Erdwärmepumpen“ genann-
Veränderungen der physikalischen, chemischen ten Voraussetzungen kann das Erlaubnisverfahren
oder biologischen Beschaffenheit des Grundwassers bei „kleinen“ Erdwärmepumpenanlagen in günsti-
herbeizuführen, erfüllen gemäß § 3 Wasserhaus- gen Gebieten mit vereinfachten Antragsunterlagen
haltsgesetz (WHG) den so genannten „Benutzungs- durchgeführt werden (Abschnitt 7).
tatbestand“. Hierfür ist eine behördliche Erlaubnis
oder Bewilligung erforderlich (§ 2 WHG). Im Falle von Erdwärmekollektoren, die dem Erd-
reich Wärme entziehen und bei denen die Kollekto-
Im Falle von Erdwärmesonden sind z.B. die Bohr- ren mindestens 1 m über dem höchsten Grundwas-
tätigkeit, die Verwendung von Spülzusätzen oder das serstand liegen und die somit keine Auswirkungen
Verbinden verschiedener Grundwasserstockwerke auf das Grundwasser haben, ist keine wasserrechtli-
dazu geeignet, die Beschaffenheit des Grundwassers che Beurteilung erforderlich.
zu verändern. Beim Betrieb der Erdwärmepumpe
kann der Wärmeentzug oder -eintrag durch die Son- Auch Energiepfähle und Erdwärmekörbe, Schnecken-
de bzw. den Kollektor oder das Auslaufen eines sonden etc. (Abschnitt 2) können eine schädliche
wassergefährdenden Wärmeträgermittels zu einer Veränderung der Beschaffenheit des Wassers her-
schädlichen Veränderung der Beschaffenheit des beiführen. Sie sind daher ebenfalls erlaubnispflichtig.
Wassers führen.
Erdwärmepumpen sind daher nach dem Wasser-
haushaltsgesetz erlaubnispflichtig.
Bergrecht
Erdwärme ist gemäß § 3 Abs. 3 Nr. 2b des Bundes- Bei einer Erdwärmeentnahme im Rahmen dieser
berggesetzes (BBergG) ein „bergfreier Bodenschatz“. Ausnahmeregelung darf benachbarten Grundstücken
Dies bedeutet, dass Grundstückseigentum nicht zur keine Erdwärme entzogen werden (vgl. Abb. 7). Zur
Erdwärmegewinnung berechtigt. Vielmehr ist für Verwaltungsvereinfachung wird bei der Beurteilung
die Erdwärmegewinnung grundsätzlich eine berg- der Frage, ob eine Beeinflussung von Nachbargrund-
rechtliche Gewinnungsberechtigung (Bewilligung stücken vorliegt, davon ausgegangen, dass die Erd-
gemäß § 8 BBergG) erforderlich. wärmeentnahme dann in einem Grundstück im Zu-
sammenhang mit dessen baulicher Nutzung erfolgt,
Keine Erdwärmegewinnung ist aber nach § 4 Abs. 2 wenn die Heizleistung der Geothermieanlage 30 kW
Nr. 1 BBergG die Erdwärmeentnahme in einem Grund- nicht überschreitet sowie zwischen Erdwärmeboh-
stück aus Anlass oder im Zusammenhang mit dessen rung und den Grundstücksgrenzen jeweils ein Ab-
baulicher oder sonstiger städtebaulicher Nutzung. stand von 5 m eingehalten wird. Davon abweichen-
w w w . h m u l v . h e s s e n . d e • w w w . h l u g . d e 11Erdwärmenutzung in Hessen
Grundstück A Grundstück B
Keine Gewinnung gemäß § 4 BBergG
Keine bergrechtliche Bewilligung erforderlich
Einflussbereich
Einflussbereich
Grundstück A Grundstück B
Gewinnung gemäß § 4 BBergG
Bergrechtliche Bewilligung erforderlich
Einflussbereich
Einflussbereich
Abb. 7: Abhängigkeit der bergrechtlichen Genehmigungsvoraussetzung vom Einflussbereich.
de Fälle erfordern eine genauere Betrachtung. Ent- alle Bohrungen, die mehr als 100 m in den Boden
weder kann auf Grund von Projektbesonderheiten, eindringen sollen, der Bergaufsicht. Nach § 127
wie Erdwärmenutzung im geringen Umfang, gering- BBergG sind Beginn und Einstellung der Bohrarbei-
fügige Unterschreitung des Abstands von 5 m oder ten mindestens zwei Wochen vorher der Bergbehör-
Entzug von Erdwärme über einen großen Tiefenbe- de anzuzeigen. Im Regelfall wird für diese Bohrun-
reich angenommen werden, dass lediglich das gen kein Betriebsplan gefordert. Bei allen Bohrun-
Grundstück des Bauherrn betroffen ist. Oder aber gen über 100 m ist die „Bergverordnung für Tief-
es handelt sich um Erdwärmegewinnung, die nur bohrungen, Tiefspeicher und für die Gewinnung
nach Erteilung einer bergrechtlichen Gewinnungsbe- von Bodenschätzen durch Bohrungen (Tiefbohrver-
rechtigung zulässig ist. Der Inhaber einer bergrecht- ordnung)“ zu beachten. Nur für die Bohrungen un-
lichen Gewinnungsberechtigung kann Erdwärme aus ter Bergaufsicht ist auch der Bohrunternehmer ge-
allen Grundstücken entziehen, die innerhalb des zur genüber der Bergbehörde direkt verantwortlich und
Berechtigung gehörenden Feldes liegen. wird aufgrund seiner Fachkunde auch erster An-
sprechpartner sein. Bei Bohrungen bis 100 m Tiefe
Unabhängig hiervon unterliegen nach § 127 BBergG verbleiben die Pflichten allein bei den Bauherren.
Lagerstättengesetz
Darüber hinaus sind nach § 4 des Lagerstättengeset- Landesamt für Umwelt und Geologie anzuzeigen
zes, zuletzt geändert am 2. März 1974 (BGBl. I, S. (Vordruck siehe Anlage 2). Nach Abschluss der Boh-
469), alle Bohrungen vom Bohrunternehmen zwei rung ist das Bohrergebnis mitzuteilen.
Wochen vor Beginn der Arbeiten dem Hessischen
12 w w w . h m u l v . h e s s e n . d e • w w w . h l u g . d e5. Standortbeurteilung
Für das für Vorhaben zur Erdwärmenut-
zung erforderliche Genehmigungsverfah- günstige Gebiete:
hydrogeologisch und wasserwirtschaftlich günstige Beurteilung.
ren wird Hessen in hydrogeologisch günsti-
Keine gesonderte Beurteilung des Vorhabens erforderlich
ge und ungünstige Gebiete sowie in was-
serwirtschaftlich günstige, ungünstige und ungünstige Gebiete:
hydrogeologisch und/oder wasserwirtschaftlich ungünstige Beurtei-
unzulässige Gebiete eingeteilt. Die Grund-
lung. Gesonderte Beurteilung des Vorhabens erforderlich.
lagen für diese Beurteilung werden in den
folgenden Abschnitten erläutert. unzulässige Gebiete:
wasserwirtschaftlich unzulässige Gebiete
Das Ergebnis der hydrogeologischen und
wasserwirtschaftlichen Beurteilung ist in einem nicht auszuschließende Grundwassergefährdung,
Übersichtsmaßstab in Abb. 11, das der wasserwirt- ausdrücklich jedoch nicht auf die technische Mög-
schaftlichen Beurteilung beispielhaft in Abb. 12 lichkeit, in diesen Gebieten Erdwärme zu erschließen.
wiedergegeben.
Diese Gebiete sind in der jeweils aktuellen Abgren-
Durch die Verschneidung dieser Gebiete ergibt sich zung in Kartenform unter www.hlug.de veröffent-
die für das Erlaubnisverfahren maßgebende Unter- licht. Diese Karte ist für die Zuordnung eines Stand-
teilung der Landesfläche Hessens in drei Gebiets- ortes zu verwenden. Ist eine sichere Zuordnung ei-
typen (siehe Kasten). nes Standortes nicht möglich, gibt das HLUG oder
die zuständige Untere Wasserbehörde auf Anfrage
Die Bezeichnung „ungünstig“ bezieht sich auf eine Hilfestellung.
5.1 Hydrogeologische Standortbeurteilung
Grundlagen
Aufgrund der geringen Reichweite des thermischen Heizleistung bis 30 kW von nur wenigen Metern
Einflusses von Erdwärmesondenanlagen mit einer (Abschnitt 3) ist die Temperaturänderung durch ein-
zelne Erdwärmesonden aus hydrochemischer, physi-
Die hydrogeologische Beurteilung einer Erdwär- kalischer und biologischer Sicht als unerheblich zu
mesonde erfolgt daher im Hinblick auf eine mög- betrachten.
liche Beeinflussung des Grundwassers durch die
Abhängig von der jeweiligen geologisch/hydrogeolo-
Bohrarbeiten und durch den Ausbau der Boh-
gischen Situation ergeben sich in diesem Zusam-
rung.
Sie stellt keine Bewertung der Effizienz einer Erd- menhang folgende hydrogeologische Beurteilungen:
wärmesonde in einem bestimmten Gebiet oder- Hydrogeologisch günstig sind – bei Einhaltung
der bohrtechnischen Durchführbarkeit des Vor-
der in Abschnitt 6 formulierten Anforderungen –
habens dar.
Gebiete mit mittlerer bis geringer Wasserdurchläs-
w w w . h m u l v . h e s s e n . d e • w w w . h l u g . d e 13Erdwärmenutzung in Hessen
sigkeit der Gesteine ohne wesentliche Stockwerks- Hohe Wasserdurchlässigkeit:
trennung.
Insbesondere in hoch durchlässigen Kluft- und
Unter einer wesentlichen Stockwerkstrennung ist Karstgrundwasserleitern mit in der Regel sehr
nach LAWA (2002) eine weiträumig wirksame hohen Fließgeschwindigkeiten weist die durch die
Stockwerkstrennung zu verstehen, die zu deutlich Bohrung verursachte Trübung des Grundwassers ei-
unterschiedlichen Grundwasserständen bzw. ne hohe Reichweite auf, was beim Einsatz von Spül-
hydraulischen Druckhöhen oder Grundwasser- zusätzen noch verstärkt werden kann. Darüber hin-
beschaffenheiten der einzelnen Stockwerke führt aus sind Probleme mit der Verpressung der Bohr-
(Abb. 8). löcher beim Antreffen großer Klüfte bzw. Karsthohl-
räume möglich. Es ist deshalb nicht sichergestellt,
dass die Bohrung überhaupt ordnungsgemäß voll-
Hydrogeologisch ungünstig sind Gebiete mit
ständig und dauerhaft wasserdicht verpresst werden
hoher Wasserdurchlässigkeit der Gesteine, einer
kann. Erreicht diese Trübung Wassergewinnungs-
wesentlichen, d. h. weiträumig wirksamen Stock-
anlagen oder Oberflächengewässer, so können diese
werkstrennung, mit Vorkommen von Mineralwäs-
zeitweilig beeinträchtigt werden. Eine Gegenmaß-
sern bzw. CO2 oder artesischen Druckverhältnissen.
nahme kann hier z. B. das Mitführen einer Schutz-
Eine nachteilige Beeinflussung des Grundwassers
verrohrung beim Bohren sein.
durch die Ausführung einer Bohrung oder deren
fehlerhaften Ausbau ist in diesen Fällen nicht auszu- Eine Besonderheit sind in diesem Zusammenhang
schließen. Gebiete des Altbergbaus. Fährt eine Erdwärmeboh-
rung einen Hohlraum eines untertägigen Gruben-
Humus
▲
Sand und Kies
oberes Grundwasserstockwerk
Grundwasser
▲
Ton und Lehm (Grundwassernichtleiter)
▲
Sand und Kies
unteres Grundwasserstockwerk
Grundwasser
▲
Ton und Lehm (Grundwassernichtleiter)
Abb. 8: Schematische Darstellung eines Grundwasserstockwerksbaus.
14 w w w . h m u l v . h e s s e n . d e • w w w . h l u g . d egebäudes an, kann eine solche Bohrung nicht mit ver-
tretbarem Aufwand gegen die häufig wassergefüllten
Hohlräume zuverlässig und dauerhaft abgedichtet oberes
Grundwasser-
werden. In solchen Gebieten ist daher eine Voranfra- stockwerk
ge bei der Bergbehörde empfehlenswert. Bei der hy-
drogeologischen Standortbeurteilung wurden die Ge-
Grundwasser
biete des Altbergbaus nicht berücksichtigt.
Grundwassernichtleiter
Grundwasserstockwerksbau:
unteres
Wird durch eine Erdwärmebohrung eine hydrauli- Grundwasser-
stockwerk
sche Verbindung zweier ansonsten weiträumig
▲
▲
getrennter Grundwasserstockwerke verursacht, so
kann dies bei unterschiedlichen hydraulischen
Grundwasser
Druckhöhen und einer unzureichenden Abdichtung
des Bohrlochs zu einem Übertritt von Wasser aus
Grundwassernichtleiter
einem in das andere Stockwerk führen (Abb. 9).
Insbesondere bei unterschiedlichen Beschaffen- Abb. 9: Unzureichend abgedichtete Erdwärmebohrung. Grundwasser
heiten der Grundwässer oder vorhandenen strömt in diesem Beispiel von einem höheren in ein tieferes Grund-
wasserstockwerk.
Grundwasserverunreinigungen ist eine solche Bei einem höheren Druckniveau im tieferen Stockwerk kann auch
Stockwerksverbindung kritisch zu beurteilen. Die ein Aufstieg in das obere Stockwerk stattfinden.
Schaffung derartiger hydraulischer Verbindungen
kann zu Schädigungen führen, die eine spätere
Nutzung der betroffenen Stockwerke, z.B. zur
Trinkwassergewinnung, nicht mehr zulassen.
Durch eine ordnungsgemäße Verpressung der Erd-
wärmebohrungen nach Einbau der Sonden können
hydraulische Verbindungen zweier oder mehrerer
Grundwasserstockwerke in der Regel mit hoher
Sicherheit ausgeschlossen werden. Die Erfahrung
zeigt jedoch, dass es insbesondere in Gebieten mit
deutlicher Verkarstung oder Zerklüftung des Unter-
grundes oder beim Vorkommen stark gespannter
(=unter Druck stehender) Grundwässer zu einer
unzureichenden Verpressung von Bohrlöchern kom-
men kann.
Zeigen sich bereits bei den Bohrarbeiten für eine
Erdwärmesonde große Druckunterschiede, sollte
das Bohrloch daher bis zur Basis des oberen Grund- Abb. 10: Verpresste Sonde.
w w w . h m u l v . h e s s e n . d e • w w w . h l u g . d e 15Übersichtskarte
Hydrogeologische und wasserwirtschaftliche
Standortbeurteilung für die Errichtung von
Erdwärmesonden in Hessen
Bearbeitung:
S. RUMOHR und J.-G. FRITSCHE
0 15 30 km Kassel
Korbach
Die vorliegende Karte dient nur der Übersicht; eine differenzierte
Standortbeurteilung ermöglichen die im Internet unter www.hlug.de Eschwege
veröffentlichten Karten.
Die dargstellte Standortbeurteilung setzt die
Einhaltung der in diesem Leitfaden aufgeführten Homberg
technischen Anforderungen an Bauausführung
und Betrieb voraus.
Gebiete innerhalb kontaminierter Bereiche
von Altlasten, schädlichen Boden-
veränderungen oder Grundwasser-
veränderungen sind in der Bad Hersfeld
vorliegenden Karte nicht Marburg
berücksichtigt.
Lauterbach
Gießen
Fulda
WetzlarLimburg
Friedberg
Bad Homburg
Bad Schwalbach
Frankfurt a.M.
Hanau
Hofheim
Offenbach
Wiesbaden
Groß-Gerau Standortbeurteilung
Darmstadt Wasserwirtschaftlich und hydrogeologisch günstig
Gebiete mit mittlerer bis geringer Wasserdurchlässigkeit ohne eine
Die dargestellten Trinkwasser- und Heil-
wesentliche Stockwerkstrennung und ohne Vorkommen von höher mine-
quellenschutzgebietszonen entsprechen einer ralisierten Grundwässern bzw. CO2- Aufstiegszonen bei gleichzeitiger
für diese Fragestellung interpretierten Form und Lage außerhalb von Wasser- und Heilquellenschutzgebieten oder in
stellen den Bearbeitungsstand des Hessischen deren weiteren qualitativen Schutzzonen (WSG IIIB, HQSG III/2)
Landesamtes für Umwelt und Geologie
(HLUG) vom 01.02.2006 dar. Erbach Wasserwirtschaftlich und/oder hydrogeologisch ungünstig
Es wird darauf hingewiesen, dass durch Heppenheim
Gebiete in den Zonen WSG III, IIIA und HQSG III, III/1 und/oder Gebiete
diese Interpretation einzelne Zonen nicht
mit hoher Wasserdurchlässigkeit, einer wesentlichen Stockwerkstrennung,
dargestellt werden. Somit stellen diese mit Vorkommen von höher mineralisierten Grundwässern bzw. CO2-Auf-
hier vorgelegten Abgrenzungen keine Über- stiegszonen oder Aufstiegszonen NaCl-reicher Wässer (z.B. Salzhang)
sicht der Trinkwasser- und Heilquellenschutz-
gebiete dar.
Eine solche Übersicht kann im HLUG gesondert Wasserwirtschaftlich unzulässig
angefordert werden. Gebiete in den Zonen WSG I, II und HQSG I, II sowie HQSG A
Abb. 11
Hessisches Landesamt für Umwelt und GeologieErdwärmenutzung in Hessen
wasserstockwerks wasserdicht rückverfüllt und die i.d.R. sehr sensibel auf hydraulische Eingriffe wie
Erdwärmenutzung auf das obere Stockwerk be- Bohrungen reagieren. Insbesondere in Fällen, bei
schränkt werden. Bohrfirmen müssen daher stets denen die Grundwasserströmung durch Gaslift (Auf-
ausreichend Material und die erforderliche Technik stieg des Grundwassers durch das Vorkommen von
für eine vollständige Verpressung an der Bohrstelle gasförmigem CO2) beeinflusst ist, können auch
vorhalten. kurzfristige Eingriffe zu nachhaltigen Veränderun-
gen der Fließsysteme führen.
Vorkommen von höher mineralisierten Grund-
wässern oder CO2 sowie artesischen Druckver- Bei gespannten und insbesondere artesischen
hältnissen: Druckverhältnissen können Probleme beim Abteu-
Die Erfahrungen zeigen, dass Mineralwasser- und fen und Verpressen der Bohrung auftreten (z.B.
die häufig damit verbundenen CO2-Vorkommen durch nicht beherrschbare Wasserzuflüsse).
Ergebnis
Vorhaben zur Erdwärmenutzung in Gebieten mit CO2-Aufstiegszonen als hydrogeologisch ungünstig
den vorgenannten hydrogeologischen Gegebenhei- beurteilt.
ten sind daher erst nach einer Einzelfallprüfung und
Erdwärmekollektoren und Erdwärmekörbe erreichen
teilweise nur mit weitergehenden Auflagen, z.B.
aufgrund der geringen Einbautiefe das Grundwasser
der Beschränkung der Bohrtiefe oder dem Vorhalten
i.d.R. nicht. Der Bodeneingriff ist vergleichbar mit
ausreichender technischer Voraussetzungen zur Ver-
der Errichtung eines unterkellerten Gebäudes. Eine
pressung (= Abdichtung) großer Klüfte oder Karst-
etwaige Reduzierung der Niederschlagsversickerung
hohlräume möglich.
durch die Vereisung des Oberbodens im Winter ist
aufgrund der relativ geringen Flächen im Hinblick
Die hydrogeologische Beurteilung wird – wie aus
auf die Grundwasserneubildung zu vernachlässigen.
den vorherigen Erläuterungen deutlich wird –
Die horizontale Reichweite der Temperatur-
wesentlich durch die geologische und somit auch
veränderung ist geringer als bei Erdwärmesonden.
hydrogeologische Situation bestimmt.
Eine hydrogeologische Beurteilung wird bei Beach-
tung des VDI-Regelwerkes 4640 i.d.R. für solebe-
Im Einzelnen werden z.B. die südlich von Korbach
triebene Kollektoranlagen nicht erforderlich sein.
und Marburg vorkommenden Karbonatgesteine auf-
grund ihrer hohen Grundwasserdurchlässigkeiten
als hydrogeologisch ungünstig beurteilt.
Die landesweite hydrogeologische Beurteilung
Die Bereiche von z.B. Bad Vilbel, Friedberg, Bad Wil- hat daher für Erdwärmekollektoren keine
dungen, Ebersburg, Bad Zwesten, Selters u.a. werden Bedeutung.
aufgrund des Vorkommens von Mineralwasser und
18 w w w . h m u l v . h e s s e n . d e • w w w . h l u g . d e5.2 Wasserwirtschaftliche Beurteilung
Grundlagen
In Einzugsgebieten von Trinkwassergewinnungsanla- • in den weiteren Schutzzonen III bzw. III/1 (quali-
gen und Heilquellen besteht eine Schutzbedürftig- tativ) und B (quantitativ) von Heilquellenschutzge-
keit des Grundwassers, die über den allgemeinen, bieten bzw. bei älteren Heilquellenschutzgebieten
flächendeckenden Grundwasserschutz hinausgeht. in den entsprechenden Zonen (siehe unten) oder
Neben der hydrogeologischen Beurteilung einer • innerhalb des kontaminierten Bereichs einer Alt-
Erdwärmenutzung ist daher auch eine „wasserwirt- last, einer schädlichen Bodenverunreinigung oder
schaftliche Beurteilung“ erforderlich. einer Grundwasserverunreinigung
liegen.
Die wasserwirtschaftliche Beurteilung einer
geplanten Erdwärmenutzung erfolgt anhand der Wasserwirtschaftlich unzulässig sind Gebiete, die
relativen Lage eines Vorhabensstandortes zu • in den Schutzzonen I, II und vereinzelt IIIA von
Wassergewinnungsanlagen und deren festgesetz- festgesetzten Trinkwasserschutzgebieten.
ten oder im Festsetzungsverfahren befindlichen • in den Schutzzonen I und II (qualitativ) und A
Schutzgebieten. Darüber hinaus wird die Lage (quantitativ) von Heilquellenschutzgebieten
zu kontaminierten Bereichen von Altlasten, liegen.
schädlichen Bodenveränderungen oder Grund-
wasserverunreinigungen berücksichtigt. Die unabhängig vom Einzelfall vorgreifend durch-
geführte wasserwirtschaftliche Beurteilung ergibt
sich somit meist aus den unterschiedlichen Schutz-
Je nach Lage ergeben sich in diesem Zusammen- zonen der festgesetzten oder im Festsetzungsver-
hang folgende Beurteilungen: fahren befindlichen Trinkwasser- und Heilquellen-
schutzgebiete. Hierfür zeigt Abb. 12 beispielhaft
Wasserwirtschaftlich günstig sind Gebiete, die das Ergebnis für die Umgebung der Stadt Idstein.
• außerhalb von Wasser- und Heilquellenschutz-
gebieten oder in deren weiteren qualitativen Im Internet kann die Lage der Trinkwasser- und Heil-
Schutzzonen WSG IIIB oder HQSG III/2, quellenschutzgebiete bzw. der wasserwirtschaftlich
• außerhalb der Einzugsgebiete öffentlicher Trink- günstigen, ungünstigen und unzulässigen Gebiete
wassergewinnungsanlagen oder staatlich aner- unter http://www.hlug.de in hoher Auflösung für
kannter Heilquellen ohne festgesetzte bzw. im die hessischen Landkreise eingesehen werden, so
Verfahren befindliche Schutzgebiete oder dass die Zuordnung eines Vorhabensstandortes zu
• außerhalb des kontaminierten Bereichs einer Alt- den wasserwirtschaftlich unterschiedlich beurteilten
last, einer schädlichen Bodenverunreinigung Gebieten (bzw. Trink- und Heilquellenschutzzonen)
oder einer Grundwasserverunreinigung relativ genau durchgeführt werden kann.
liegen.
Bestehen dennoch Schwierigkeiten bei der Zuord-
Wasserwirtschaftlich ungünstig sind Gebiete, die nung, gibt die jeweils zuständige Untere Wasser-
• in den weiteren Schutzzonen III bzw. IIIA von behörde (Adressen siehe Anhang) oder das HLUG-
Trinkwasserschutzgebieten, Hilfestellung.
w w w . h m u l v . h e s s e n . d e • w w w . h l u g . d e 19Erdwärmenutzung in Hessen
0 0,5 1 km
Topographische Grundlage: TK 50 der Hessischen Verwaltung für Bodenmanagement und Geoinformation, Wiesbaden, Verv.-Nr. 2001-3-112
.
wasserwirtschaftlich günstig wasserwirtschaftlich ungünstig wasserwirtschaftlich unzulässig
Gebiete außerhalb von Trinkwasser- und Gebiete in den Zonen WSG III, IIIA und Gebiete in den Zonen WSG I, II, vereinzelt IIIA
Heilquellenschutzgebieten oder in deren HQSG III, III/1 und HQSG B und HQSG III, sowie HQSG A
weiteren qualitativen Schutzzonen
.
WSG IIIB oder HSQG III/2
Abb. 12: Wasserwirtschaftliche Beurteilung der Umgebung von Idstein.
In den Fällen, in denen Heilquellenschutzgebiete • HQSG IV (alt) entspricht HQSG III/2 (neu)
(HQSG) noch nicht nach der „Richtlinie für Heil- • HQSG III (alt) entspricht HQSG III/1 (neu)
quellenschutzgebiete“ der Länderarbeitsgemein- • HQSG I und II (alt) entsprechen HQSG I und II (neu)
schaft Wasser (LAWA) von 1998 festgesetzt sind, ist • HQSG D (alt) entspricht HQSG B (neu)
eine analoge Einstufung vorzunehmen. Dabei kön- • HQSG A-C (alt) entsprechen HQSG A (neu)
nen folgende Heilquellenschutzzonen i.d.R. als
gleichwertig angesehen werden:
1 Gebiete innerhalb kontaminierter Bereiche von Altlasten, schädlichen Bodenveränderungen oder Grundwasserveränderungen sind
in der Abbildung nicht berücksichtigt.
20 w w w . h m u l v . h e s s e n . d e • w w w . h l u g . d e6. Technische Anforderungen an Bauausführung und
Betrieb
Die folgenden technischen Anforderungen an den maßnahmen zur Schadensbehebung oder -mini-
Bau und den Betrieb von Erdwärmesonden wurden mierung ergreifen.
der hydrogeologischen Beurteilung (Abschnitt 5.1)
3. Der Sondenfuß und seine Anschlüsse an die
und wasserwirtschaftlichen Beurteilung (Abschnitt
Sondenrohre sind werksseitig herzustellen. Für
5.2) zugrunde gelegt. Für Bohrungen über 100 m
die Verbindungsverfahren, insbesondere
gelten zusätzlich die gesetzlichen Anforderungen
Schweißverfahren sind die Richtlinien des
aus der Tiefbohrverordnung.
Deutschen Verbandes für Schweißtechnik ver-
Sie stellen die Mindestanforderungen an sog. „kleine bindlich zu beachten (z.B. DVS Richtlinie 2207
Anlagen“ zur Erdwärmenutzung dar (Abschnitt 7). und 2208). Der fertig gestellte Sondenfuß
Die in den Punkten 1–6 formulierten Anforderungen einschließlich seiner Verbindungen ist einer
gelten sinngemäß auch für Erdwärmekollektoren, Druck- und Durchflussprüfung unter Beachtung
Erdwärmekörbe und Spiralsonden. von DIN 4279-7 zu unterziehen.
4. Als Wärmeträgerflüssigkeiten dürfen nur nicht
Der Bescheidinhaber ist für die Einhaltung der wassergefährdende Stoffe oder Stoffe der Was-
Anforderungen durch die Bohrfirma verantwort- sergefährdungsklasse 1 (WGK 1) gemäß Anhang
lich. Er sollte sich daher die Einhaltung der An- 4 VAwS 2) verwendet werden. Der Lieferant des
forderungen durch die ausführende Bohrfirma Wärmeträgermittels hat zu bescheinigen, dass
bestätigen zu lassen. das Wärmeträgermittel den Anforderungen ent-
spricht und trotz möglicher Zusätze die Wärme-
1. Es sind die maßgebenden DIN-Normen, VDI- trägerflüssigkeit nach der Verwaltungsvorschrift
Richtlinien und DVGW-Regelwerke zu beachten. wassergefährdende Stoffe VwVwS des Bundes
Erdwärmesonden sowie zugehörige Anlagenteile vom 17. Mai 1999, Bundesanzeiger Nr. 98a
müssen dem Stand der Technik entsprechen vom 29. Mai 1999 (http://www.umweltbun-
(Erdwärmesonden der VDI 4640, Wärmepum- desamt.de/wgs), in die WGK 1 einzustufen ist.
pen der DIN 8901). Die in der Tabelle auf S. 22 als Beispiele aufge-
führten Wärmeträgermittel entsprechen diesen
2. Bei Aushub- und Bohrarbeiten ist darauf zu ach- Anforderungen; eine zusätzliche Bescheinigung
ten, dass Baumaschinen gegen Tropfverluste so- des Lieferanten ist nicht erforderlich.
wie auslaufende Kraftstoffe und Öle gesichert
sind und dass Wartungs- und Reparaturarbeiten 5. Erdwärmesonden sind durch selbsttätige Lecka-
sowie die Betankung nur mit untergelegter Folie geüberwachungseinrichtungen (baumuster-
oder Wanne bzw. auf befestigten, hierfür vorge- geprüfte Druckwächter) zu sichern. Im Falle
sehenen Flächen erfolgen. Unfälle mit wasser- einer Leckage der Erdwärmesonde wird die Um-
gefährdenden Stoffen sind der Wasserbehörde wälzpumpe sofort abgeschaltet und ein Störsig-
oder Polizeidienststelle unverzüglich anzuzei- nal ausgelöst. Vom Betreiber der Anlage ist re-
gen, wenn diese nicht mit einfachen betriebli- gelmäßig zu prüfen, ob aus der Anlage Wärme-
chen Mitteln beseitigt werden können. Der Ver- trägerflüssigkeit austritt bzw. ein Druckabfall
ursacher muss in eigener Verantwortung Sofort- auftritt. In diesem Fall ist die Anlage unverzüg-
2 Es handelt sich dabei um Stoffe, die in Anhang 2 der Verwaltungsvorschrift wassergefährdende Stoffe vom 17.05.1999 (Bundesan-
zeiger Nr. 98a vom 29.05.1999) mit der Fußnote 14 versehen sind.
Text der Fußnote 14: „In der Verwaltungsvorschrift wassergefährdende Stoffe (VwVwS) vom 18.04.1996 der Wassergefährdungs-
klasse 0 (im allgemeinen nicht wassergefährdend) zugeordnet.“
w w w . h m u l v . h e s s e n . d e • w w w . h l u g . d e 21Erdwärmenutzung in Hessen
• für jede Baustelle die Arbeitsstättenverord-
Produktname Hersteller Stoff WGK
nung einzuhalten,
Havoline AFC Arteco Ethylenglykol 1 • einen ausreichenden Versicherungsschutz
Havoline XLC Arteco Ethylenglykol 1 abzuschließen.
Antifrogen N Clariant Ethylenglykol 1 8. Der Bohrdurchmesser ist so zu wählen, dass vom
Antifrogen L Clariant Propylenglykol 1 Sondenfuß bis zur Erdoberfläche zwischen Sonde
Leckanzeige Clariant Clariant Ethylenglykol 1 bzw. Sondenbündel und Bohrlochwand ein Rin-
Dowcal 10 DOW Ethylenglykol 1 graum von 30 mm verbleibt (Bohrdurchmesser
Dowcal 20 DOW Propylenglykol 1 ≥Sondenbündel + 60 mm).
Tyfocor Tyforop Ethylenglykol 1 Der erforderliche Bohrlochdurchmesser ergibt
Tyfocor L Tyforop Propylenglykol 1 sich aus dem Durchmesser des einzubauenden
Calciumchlorid- Tyforop Calciumchlorid (34 %ig) 1 Erdwärmesondenbündels zuzüglich 60 mm. Für
Kühlsole
den häufigsten Sondentyp, die Doppel-U-Sonde
aus 32 mm-Rohren, ergibt sich demnach ein er-
lich außer Betrieb zu nehmen und die Wärmeträ-
forderlicher Bohrlochdurchmesser von 150 mm
gerflüssigkeit ist zu entfernen.
bei gebündelten (eng beieinander liegenden) Son-
6. Bei Außerbetriebnahme von Erdwärmesonden densträngen bzw. 175 mm bei Verwendung von
ist die Wärmeträgerflüssigkeit auszuspülen und Abstandshaltern.
ordnungsgemäß zu entsorgen. Die Sonde ist Eine nicht vollständige Ummantelung des Erd-
vollständig mit dauerhaft abdichtendem Materi- wärmebündels kann zum Austritt von wasserge-
al zu verpressen. Die ordnungsgemäße Stillle- fährdenden Stoffen im Schadensfall führen. Zu-
gung ist der Wasserbehörde anzuzeigen. dem besteht die Gefahr, dass unterschiedliche
Grundwasserstockwerke hydraulisch miteinan-
7. Bohr- und Brunnenbauunternehmen zur Errich-
der verbunden werden. Sofern ein zu kleiner
tung der Erdwärmesonden müssen die Qualifika-
Bohrdurchmesser gewählt worden ist, ist nach-
tionskriterien des DVGW-Regelwerkes W 120 er-
zuweisen, dass dies zu keiner nachteiligen Verän-
füllen. An jedem Bohrgerät muss während der
derung des Grundwassers führt. Um eine Verun-
Bohrarbeiten ein qualifizierter Bohrgeräteführer
reinigung des Grundwassers im Schadensfall zu
gemäß DIN 22475-1 ständig anwesend sein.
vermeiden, sollte die Erdwärmesonde bei zu
Die Unternehmen verpflichten sich somit u.a.
klein gewähltem Bohrlochdurchmesser nur mit
bei ihren Arbeiten
Wasser oder einem nicht wassergefährdenden
• den Schutz der Umwelt wahrzunehmen,
Stoff als Wärmeträgermittel betrieben werden.
• für jede Baustelle eine ausgebildete, erfahre-
ne Fachkraft als Baustellenleitung und Auf- 9. Auf der Bohrstelle sind Materialien und Geräte
sichtsperson sowie sonstiges Fachpersonal in für Sofortmaßnahmen im Störfall (z.B. Brand,
genügender Zahl einzusetzen und für ihr Ölunfall, Auftreten artesisch gespannten Was-
Fachpersonal entsprechende Fortbildungs- sers) vorzuhalten.
maßnahmen zu belegen oder firmenintern
durchzuführen, 10. Beim Abteufen der Bohrung dürfen nur Spü-
• die jeweils erforderlichen Geräte einzusetzen, lungszusätze gemäß DIN 22475-1 verwendet
• die einschlägigen öffentlich-rechtlichen Vor- werden, die keine chemischen oder mikrobiolo-
schriften, Unfallverhütungsvorschriften gischen Veränderungen im Untergrund bewir-
(UVV) und technischen Regeln zu beachten, ken. Es gelten die Richtlinien der DVGW W116
• die Anforderungen des Bundesberggesetzes (Verwendung von Spülzusätzen in Bohrspülun-
zu erfüllen, gen bei der Erschließung von Grundwasser).
22 w w w . h m u l v . h e s s e n . d e • w w w . h l u g . d eEin geschlossener Bohrspülungskreislauf ist si- mentieren. Der Verpressvorgang ist so lange
cherzustellen. fortzuführen, bis die Verpresssuspension mit ei-
ner Dichte ≥1,3 kg/Liter aus dem Bohrloch zuta-
11. Betragen Spülungsverluste im Bohrloch mehr als
ge tritt. Übersteigt der Bedarf an Verpressmate-
1 l/s, ist sofort die Wasserbehörde zu informieren.
rial das Zweifache des Ringraumvolumens, ist
Dabei ist ein Lösungsvorschlag zu unterbreiten,
der Verpressvorgang zunächst zu beenden und
wie das Eindringen größerer Mengen von Bohr-
die Untere Wasserbehörde zu informieren.
spülung oder Dichtungsmaterial in den Grund-
Nach 24 Stunden ist zu prüfen, ob es zu einer
wasserleiter verhindert oder begrenzt werden
Setzung der Verpresssuspension gekommen ist.
kann (z.B. Einbau einer Verrohrung).
Wird eine Setzung von mehr als 2,5 m ab Gelän-
12. Bei Entfernungen von weniger als 200 m zum deoberfläche festgestellt, ist eine Nachverpres-
nächstgelegenen Vorfluter (Oberflächengewässer) sung erforderlich, die ebenfalls im Kontraktor-
ist bei der Bohrung ein Standrohr bis mindestens verfahren durchzuführen ist.
10 m unterhalb des Vorflutniveaus mitzuführen.
17. Es ist eine Dokumentation von Spülungsverlusten,
13. Es sind Gesteinsproben der Bohrung mindestens Wasserständen, ausgeblasenen Wassermengen bei
im 3-m-Abstand oder bei Schichtwechsel entspre- Luftspülungsbohrungen, Hohlräumen, Klüftigkeit
chend enger zu entnehmen, eindeutig zu be- sowie eine geologische Aufnahme der Schichten-
schriften (Name der Bohrung, Ort, R/H-Wert, Auf- folge anzufertigen, die einschließlich der aufge-
traggeber) und für eine Begutachtung durch das zeichneten Verpressmengen und –dichten sowie
HLUG mindestens sechs Monate aufzubewahren. eines Bohrmeisterprotokolls, eines Lageplans mit
14. Bei Misserfolg einer Bohrung vor Einbau der Gauß-Krüger-Koordinaten (Rechts-/ Hochwerte)
Sonde ist das Bohrloch bis zur Geländeober- und Geländehöhe des Bohransatzpunktes, eines
kante dauerhaft wasserdicht zu verpressen. Ausbauplans sowie sonstiger Untersuchungsergeb-
nisse an das HLUG und die verfahrensleitende
15. Nach Einbringen der Erdwärmesonde ist das Behörde zu liefern sind.
Bohrloch unmittelbar und vor Beginn weiterer
Bohrarbeiten ohne Unterbrechung vollständig
von der Sohle aus nach oben mit einer grund-
wasserunschädlichen und nach Abbindung dau-
erhaft wasserdichten und frostbeständigen Sus-
pension (z.B. Zement-Bentonit-Suspension) zu
verpressen. Die Dichte der Suspension muss
stets ≥1,3 kg/Liter betragen und muss auch
zur Verpressung stark gespannter oder arte-
sischer Druckverhältnisse sowie bei Gas-
aufstiegen ausreichend sein. Der Bentonit-
Anteil sollte etwa 10 Gewichtsprozente
betragen. Durch geeignete Maßnahmen
(z.B. Zentrierung der Sonden) ist eine
vollständige Umhüllung der Sonden durch
die Suspension zu gewährleisten.
16. Die Menge und Dichte des eingepressten
Materials für die Ringraumverfüllung sind
kontinuierlich zu erfassen und zu doku-
w w w . h m u l v . h e s s e n . d e • w w w . h l u g . d e 23Erdwärmenutzung in Hessen
7. Erlaubnisverfahren
7.1 Erlaubnisverfahren mit vereinfachten Antragsunterlagen
Bei gleichzeitigem Vorliegen der im Folgenden schutzes an Erdwärmepumpen“ genannten
genannten Voraussetzungen kann aufgrund bisher Anforderungen werden eingehalten, d.h. die
gemachter Erfahrungen ohne Einzelfallprüfung Ausführung und Betrieb der Anlage entspricht
davon ausgegangen werden, dass Erdwärmesonden den in Abschnitt 6 formulierten Auflagen,
nur unerhebliche Auswirkungen auf das Grundwas- 4. der Vorhabensstandort befindet sich in einem
ser haben: hydrogeologisch günstigen und wasserwirtschaft-
1. Die Heizleistung der angeschlossenen Wärme- lich günstigen Gebiet. Für die hierfür erforder-
pumpenanlage beträgt bis 30 kW, liche Überprüfung dienen die im Internet unter
2. der Abstand einer Erdwärmesonde zur Grund- http://www.hlug.de veröffentlichte Karten.
stücksgrenze beträgt mehr als 5 m und zur näch-
sten Sonde einer Nachbaranlage > 10 m, In diesem Fall ist eine hydrogeologisch-gutachter-
3. die in den „Anforderungen des Gewässer- liche Einzelfallprüfung nicht erforderlich.
7.2 Erlaubnisverfahren mit Einzelfallprüfung
Bei Erdwärmesonden, die mindestens eine der in eine Erdwärmeerschließung und -gewinnung nicht
Abschnitt 7.1 formulierten Voraussetzungen nicht zulässig.
erfüllen, sind erhebliche Auswirkungen auf das
Grundwasser nicht auszuschließen. Das Gleiche gilt für Vorhaben im Einzugsgebiet ei-
ner öffentlichen Trinkwassergewinnung oder einer
Hierbei wird es sich im Wesentlichen um Vorhaben staatlich anerkannten Heilquelle ohne festgesetzte
in hydrogeologisch oder wasserwirtschaftlich un- Schutzzone. Entsprechendes gilt für den kontami-
günstigen Gebieten handeln. In diesem Fall ist eine nierten Bereich einer Altlast, einer schädlichen
hydrogeologisch-gutachterliche Einzelfallprüfung Bodenverunreinigung oder Grundwasserverunreini-
durch das Hessische Landesamt für Umwelt und gung. Diese Fälle sind der jeweils zuständigen Unte-
Geologie oder durch ein geeignetes hydrogeologi- ren Wasserbehörde i.d.R. bekannt.
sches Büros erforderlich. Aus der hydrogeologischen
Stellungnahme müssen sich die Anforderungen Bei der Erstellung der hydrogeologischen Stellung-
ergeben, die bei der Bohrung, dem Bau und dem nahmen prüft das HLUG jeweils, ob diese nur für
Betrieb der Erdwärmesonde zu berücksichtigen das Grundstück mit der beantragten Erdwärmenut-
sind. zung oder auch für größere Bereiche (z.B. Nachbar-
grundstücke, Baugebiete, Stadtteile bzw. Gemein-
Solche besonderen Anforderungen können z.B. die den) gelten. Die Unteren Wasserbehörden können
Begrenzung der Bohrtiefe, das Bohren ohne Spü- diese Stellungnahmen bei weiteren Anträgen auf
lungszusätze oder der Einbau einer Schutzverroh- Erdwärmenutzung in diesem Gebiet berücksichti-
rung sein. gen. Dadurch reduzieren sich der Arbeitsaufwand
bei den Behörden und der Kostenaufwand bei den
Befindet sich der Vorhabensbereich in der qualitati- Bürgerinnen und Bürgern.
ven Schutzzone I oder II eines Wasser- oder Heil-
quellenschutzgebietes oder in der quantitativen Formulare für die Beantragung einer Erlaubnis fin-
Schutzzone A eines Heilquellenschutzgebietes, so ist den sich im Anhang.
24 w w w . h m u l v . h e s s e n . d e • w w w . h l u g . d e7.3 Bergrechtliches Erlaubnisverfahren
Für die Erteilung einer bergrechtlichen Bewilligung Beginn und die Fertigstellung der Bohrungen über
zur Aufsuchung und Gewinnung des „bergfreien 100 m, die Abwicklung des bergrechtlichen Geneh-
Bodenschatzes“ Erdwärme ist das Regierungspräsidi- migungsverfahrens (Betriebsplanverfahren) sowie für
um Darmstadt, Dezernat Bergaufsicht, in Wiesba- Auskünfte zur Bohrtechnik und zur Tiefbohrverord-
den Ansprechpartner. nung sind die drei Bergaufsichtdezernate der Regie-
rungspräsidien in Gießen, Bad Hersfeld und Wiesba-
Für die Entgegennahme der Anzeigen über den den zuständig (siehe Abschnitt Ansprechpartner).
8. Literatur
§
Gesetzestexte, Erlasse
§
Anforderungen des Gewässerschutzes an Erdwärme- bohrverordnung – BVT) vom 3. August 1981
pumpen, StAnz. 26/2004, S. 2159. (StAnz. S. 1696) in der zurzeit geltenden Fassung.
http://www.hmulv.hessen.de (dort "Umwelt" >
"Wasser" > "Anlagen- und stoffbezogener Gewässer- Gesetz über die Durchforschung des Reichsgebietes
schutz" > "Anlagen- und stoffbezogener Gewässer- nach nutzbaren Lagerstätten (Lagerstättengesetz)
schutz in Hessen“ > „Downloads“ > „Erdwärme- vom 4. Dezember 1934 (RGBl. I S. 1223), geändert
pumpen“ anklicken) durch Artikel 189 des Einführungsgesetzes zum
Strafgesetzbuch vom 02.03.1974 (BGBl. I, S. 469).
Hessisches Wassergesetz (HWG) in der Fassung vom
6. Mai 2005 (GVBl. I S. 305). Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Wasserhaus-
http://www.hessenrecht.hessen.de haltsgesetz über die Einstufung wassergefährdender
Stoffe in Wassergefährdungsklassen (VwVwS) vom
Bundesberggesetz (BBergG) vom 13. August 1980 17. Mai 1999 (Bundesanzeiger Nr. 98a vom
(BGBl. I S. 1310), zuletzt geändert durch Gesetz 29.05.1999).
vom 25.11.2003 (BGBl. I S. 2304). http://www.umweltbundesamt.de
http://bundesrecht.juris.de/bundesrecht/bbergg
/index.html Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wasser-
gefährdenden Stoffen und über Fachbetriebe (Anla-
Bergverordnung des Hessischen Oberbergamtes für genverordnung-VAwS) vom 16. September 1993, zu-
Tiefbohrungen, Tiefspeicher und für die Gewin- letzt geändert durch Verordnung vom 5. Februar
nung von Bodenschätzen durch Bohrungen (Tief- 2004 (GVBl. I S. 62).
Richtlinien, Regelwerke
Verein Deutscher Ingenieure (VDI) [Hrsg.] (2000): gekoppelte Wärmepumpenanlagen. Richtlinie 4640,
Thermische Nutzung des Untergrundes. – Grund- Blatt 2; Düsseldorf.
lagen, Genehmigungen, Umweltaspekte. Richtlinie
4640, Blatt 1; Düsseldorf. Verein Deutscher Ingenieure (VDI) [Hrsg.] (2001):
Thermische Nutzung des Untergrundes. – Unter-
Verein Deutscher Ingenieure (VDI) [Hrsg.] (2001): irdische Thermische Erdspeicher. Richtlinie 4640,
Thermische Nutzung des Untergrundes – Erd- Blatt 3; Düsseldorf.
w w w . h m u l v . h e s s e n . d e • w w w . h l u g . d e 25Sie können auch lesen
