Erdwärmebohrung: So wird Umweltwärme aus dem Erdreich gewonnen

Erdwärmebohrung: Was ist das?

Als Erdwärme oder Geothermie bezeichnet man die Wärmeenergie unterhalb der Erdoberfläche. Die Erdwärmebohrung, auch Erdwärme-Tiefenbohrung genannt, ist eine Möglichkeit, um diese zu gewinnen und nutzbar zu machen – z. B. als Wärmequelle für Sole-Wasser-Wärmepumpen. Dabei unterscheidet man zwischen oberflächennaher Geothermie und Tiefengeothermie.

• Oberflächennahe Geothermie

Von oberflächennaher Geothermie spricht man bei der Nutzung von Erdwärme bis zu einer Bohrtiefe von 400 Metern. Diese Art der Wärmegewinnung findet man besonders häufig im privaten Bereich für den Betrieb von Wärmepumpen. Dabei werden lange Erdwärmesonden in den Boden eingelassen, in denen eine frostsichere Flüssigkeit zirkuliert – die sogenannte Sole. Die Tiefe beträgt bei einem durchschnittlichen Einfamilienhaus zwischen 50 und 150 Meter. Sie ergibt sich aus dem Wärmebedarf des zu beheizenden Gebäudes und der Wärmeleitfähigkeit des umliegenden Bodens.

• Tiefengeothermie

Die Tiefengeothermie funktioniert fast genauso wie die oberflächennahe Geothermie. Der Unterschied ist die Tiefe der Sonde. Bei dieser Variante wird zur Gewinnung der Erdwärme eine Geothermiebohrung zwischen 400 und mehreren 1.000 Metern durchgeführt. Dabei erreichen die Erdsonden viel höhere Temperaturen im Erdreich, weshalb die Wärme auch ohne Wärmepumpe direkt genutzt werden kann. Diese Art der Erdwärmebohrung ist technisch sehr aufwendig und kostenintensiv. Daher wird Tiefengeothermie nur im Rahmen von Großprojekten eingesetzt. Dies können z. B. Fernwärmenetze sein, die ganze Städte und Ortschaften mit Wärme versorgen.

Wie läuft eine Erdwärme-Tiefenbohrung ab?

Um eine Erdwärme-Tiefenbohrung durchzuführen, sind aufwendige Bauarbeiten notwendig. Bevor die Bohrarbeiten beginnen, muss daher zunächst eine Baustelle eingerichtet werden. Dabei werden Transportwege freigestellt, um Geräte wie die Bohrmaschine zur Baustelle transportieren zu können. Zudem müssen sicherheitstechnische Maßnahmen ergriffen werden. Dazu gehören die Absperrung durch Bauzäune, die Sicherung der Bohrgrube und die Einhaltung der Brandschutzvorschriften.

Bei der Platzierung der Erdwärmebohrung sollten Abstände von zwei Meter zu Gebäuden und – je nach Bohrtiefe – fünf bis sechs Meter zum Nachbargrundstück eingehalten werden. Diese Vorgaben können sich regional unterscheiden und müssen vor Beginn der Bauarbeiten überprüft werden. Erdwärme-Tiefenbohrungen bis 100 Meter werden vertikal abgetragen. Schräge Geothermiebohrungen sind bei Platzmangel auch möglich. Aufgrund des höheren Aufwands kommen solche speziellen Bohrungen jedoch selten zum Einsatz.

Nachdem das Bohrloch die gewünschte Tiefe erreicht hat, wird die Erdwärmesonde eingesetzt. Diese wird als fertiges Bauteil an die Baustelle geliefert und enthält vier Soleleitungen. Die Sonde wird in das Loch der Geothermiebohrung herab gelassen und mit einem Zementgemisch ummantelt, das eine hohe Leitfähigkeit besitzt.

Wird die Erdwärmesonde an eine Wärmepumpe angeschlossen, folgt der Anschluss der Soleleitungen an einen Sammelverteiler. Von dort aus führen ein Vor- und Rücklaufkreis in den Technikraum des Hauses. Danach werden die Rohrleitungen mit Wasser gefüllt, um jegliche Luft aus dem System zu entfernen. Bevor die Anlage in Betrieb genommen werden kann, müssen ausführliche Durchfluss- und Druckprüfungen durchgeführt werden. Zuletzt wird die Öffnung des Erdreichs verschlossen und die Soleleitungen vergraben.

Was sind die Voraussetzungen für eine Erdwärmebohrung?

Damit eine Erdwärmebohrung durchgeführt werden kann, müssen einige Voraussetzungen erfüllt werden:

• Bodenbeschaffenheit: Die Bodenbeschaffenheit an der Stelle, wo die Erdwärme-Tiefenbohrung platziert werden soll, hat einen großen Einfluss auf die zukünftige Wärmegewinnung. Davon hängt vor allem die Entzugsleistung ab, also wie viel Wärme dem Boden entzogen werden kann. Zudem können bestimmte Gesteinsarten die Erdwärmebohrung erschweren.
• Heizlast & Warmwasserbedarf: Eine Erdwärme-Tiefenbohrung kann nur eine bestimmte Menge an Wärme bereitstellen. Im privaten Bereich werden sie aufgrund komplizierter Genehmigungsverfahren meist nur bis 100 Meter Tiefe durchgeführt. Ist der Heiz- und Wärmebedarf zu hoch, müssen ggf. mehrere Erdwärmebohrungen durchgeführt werden. Diese benötigen jedoch viel Platz – die Bohrlöcher müssen sechs Meter voneinander entfernt sein und zudem drei Meter Abstand zu Grundstücksgrenzen einhalten. Ist auf dem Grundstück nicht genügend Platz für mehrere Bohrlöcher vorhanden und der Wärmebedarf kann nicht gedeckt werden, ist die Gewinnung von Erdwärme durch Tiefenbohrungen unwirtschaftlich.
• Lage des Wohnhauses: Auch der Standort des Hauses bzw. die Lage des Grundstückstücks, auf dem eine Erdwärmebohrung durchgeführt werden soll, ist ausschlaggebend. So sind in Grundwasserschutzgebieten oder in von Erdbeben bedrohten Gebieten generell keine Tiefenbohrungen gestattet. Auch in Bergbauregionen, besonders in Altbergbaugebieten, können Tiefenbohrungen problematisch sein.

Wie tief muss eine Erdwärmebohrung sein?

Eine Erdwärmebohrung für eine Erdsonde ist in der Regel max. 100 Meter tief. Um ein Ein- oder Zweifamilienhaus mit Wärme zu versorgen, sind nur selten tiefere Bohrungen notwendig. Die Bohrtiefe für eine Erdwärmebohrung lässt sich vorab durch eine einfache Rechnung ermitteln. Dazu benötigen Sie die Leistung der Wärmepumpe, sowie die Entzugsleistung des Bodens. Die Entzugsleistung beschreibt, wie viel Energie (in Watt) pro Meter dem Boden entzogen werden kann. Diese müssen Sie im Voraus genau bestimmen lassen. Durchschnittliche Entzugsleistungen schwanken zwischen 30 und 70 W/m.

Faustregel: Um die Tiefe zu berechnen, müssen Sie den benötigten Wärmebedarf in Watt (entspricht der Leistung der Wärmepumpe) durch die Entzugsleistung des Erdreichs am Installationsort teilen.

Energiebedarf in Watt : Entzugsleistung Watt pro Meter = notwendige Bohrtiefe

Beispiel: Sie möchten eine Wärmepumpe mit einer Leistung von 5 kW (5.000 Watt) installieren. Die durchschnittliche Entzugsleistung bei idealen Bodenverhältnissen liegt an Ihrem Wohnort bei rund 60 Watt pro Meter.

Rechnung: 5.000 Watt : 60 Watt/m ≈ 83 m

Ergebnis: Um die notwendige Wärmeenergie aus dem Erdreich gewinnen zu können, muss die Erdwärmebohrung eine Bohrtiefe von min. 83 Metern erreichen.

Erdwärmebohrung: Welche Genehmigungen sind notwendig?

Wer seine Erdwärmepumpe mit einer Erdsonde betreiben möchte, muss für die Erdwärmebohrung einige Genehmigungen einholen. Um vorab zu erfahren, ob in Ihrem Wohngebiet solche Bohrungen überhaupt gestattet sind, kann bereits vor der Planung eine Voranfrage bei der unteren Wasserbehörde gestellt werden. Geht die Bohrung nicht tiefer als 100 Meter, wird die Genehmigung von der unteren Wasserbehörde erteilt, die dem zuständigen Landratsamt unterstellt ist.

Parallel dazu empfiehlt es sich auch, beim geologischen Dienst Ihres Bundeslandes Informationen über die Bodenbeschaffenheit zu informieren. Ein Gutachten über die Gegebenheiten des Erdreichs ist nicht verpflichtend. Es ist jedoch notwendig, um die örtlichen Gegebenheiten und so auch die Wirtschaftlichkeit einer Erdwärmepumpe einschätzen zu können. Zusätzlich muss für die Erdwärmebohrung eine Anmeldung beim geologischen Dienst Ihres Bundeslandes erfolgen.

Bei Erdwärmebohrungen über 100 Meter reicht eine Genehmigung der unteren Wasserbehörde nicht mehr aus. Geht die Bohrung tiefer, ist zusätzlich eine bergrechtliche Genehmigung beim zuständigen Landesbergamt einzuholen. Dies ist jedoch für Eigenheimbesitzer meist nicht relevant. Zum Betrieb einer Sole-Wasser-Wärmepumpe werden Erdwärmesonden in der Regel nur selten tiefer als 100 Meter verlegt.

Tipp: Suchen Sie sich einen geschulten Fachbetrieb aus Ihrer Umgebung. Dieser kennt sich mit den Formalitäten in Ihrer Region aus und kann Ihnen dabei helfen, alle Genehmigungen und Anmeldungen für eine Erdwärme-Tiefenbohrung einzureichen.

Was kostet eine Erdwärmebohrung?

Wie viel eine Erdwärmebohrung genau kostet, lässt sich pauschal nicht sagen. Die Kosten hängen stark von der Tiefe der Bohrung sowie der Beschaffenheit des Erdreichs ab. Im Schnitt verlangen Fachbetriebe zwischen 50 und 100 Euro pro Bohrmeter. Somit kann man bei einer einzelnen Erdwärmebohrung mit Kosten in Höhe von 5.000 bis 10.000 Euro rechnen. Schwieriges Terrain wie lehmiger Boden, Felsen oder Gestein machen die Bauarbeiten aufwändiger und können entsprechend die Kosten noch weiter erhöhen.

Um eine Erdwärmebohrung durchführen zu können, müssen Sie neben den reinen Bohrkosten mit zusätzlichen Kosten für Genehmigungen, Baustelleneinrichtung und die Entsorgung der ausgegrabenen Erde rechnen.

Hinweis: Dies sind lediglich die durchschnittlichen Kosten für die Erdwärmebohrung sowie die dazugehörigen Bauarbeiten. Möchten Sie eine Sonde an eine Sole-Wasser-Wärmepumpe anschließen, kommen weitere Kosten für die Wärmepumpe, die Installation und den Anschluss hinzu.

Im Rahmen der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) für Sole-Wasser-Wärmepumpen werden auch die Kosten für die Erdwärmebohrung als Umfeldmaßnahme gefördert. Diese kann demnach bis zu 70 Prozent betragen. Die förderfähigen Kosten betragen für die gesamte Anlage inkl. Wärmepumpe und notwendigen Bauarbeiten zur Erschließung der Wärmequelle max. 30.000 Euro.

Gibt es Alternativen zur Erdwärmebohrung?

Nicht auf jedem Grundstück kommt eine Erdwärmebohrung infrage. Wie bereits erwähnt, sind diese tiefen Bohrungen in Wasserschutzgebieten gänzlich verboten. Auch die Beschaffenheit der Erde kann ein Ausschlusskriterium für eine Erdwärmebohrung sein. Um nicht auf ein umweltfreundliches Heizsystem wie eine Wärmepumpe verzichten zu müssen, gibt es einige Alternativen:

• Erdwärmekollektoren: Kommt eine Erdwärme-Tiefenbohrung nicht infrage, können sogenannte Erdwärmekollektoren eine Alternative sein. Dabei wird ein großflächiges Rohrsystem in Schlangen ähnlich wie bei einer Fußbodenheizung unterhalb der Frostgrenze von ca. 1,5 Metern verlegt. Der große Nachteil dieser Variante: Im Gegensatz zur Erdwärmesonde wird eine sehr große Fläche mit Kollektoren benötigt, die weder bebaut noch bepflanzt werden darf.
• Wasser-Wasser-Wärmepumpen: Ist die Tiefe der Erdwärmebohrung ein Ausschlusskriterium für die Installation einer Erdwärmesonde, kann eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe – auch Grundwasserwärmepumpe genannt – eine Alternative sein. Auch hier müssen tiefe Brunnen gebohrt werden. Diese reichen jedoch lediglich bis zum Grundwasser und sollten nicht tiefer als 20 Meter sein. Bei tiefer liegendem Grundwasser würden die Stromkosten der Brunnenpumpe die Nutzung des Grundwassers als Wärmequelle unwirtschaftlich machen.
• Luft-Wasser-Wärmepumpen: Als beste Alternative, vor allem für Alt- und Bestandsbauten, eignet sich die Luft-Wasser-Wärmepumpe. Diese Wärmepumpenart nutzt ihre Umgebungsluft als Wärmequelle, wodurch anders als bei Grundwasser- und Erdwärmepumpen weder Tiefenbohrungen zur Gewinnung von Erdwärme noch Brunnenbohrungen notwendig sind. Auch aufwändige Genehmigungen fallen weg, was die Installation deutlich vereinfacht und beschleunigt. Durch ihre vergleichsweise kleine Stellfläche auf einem ebenen Untergrund mit Fundament eignet sie sich zudem auch für kleinere Grundstücke.

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