Zielsetzung

Quantitative Potenzialermittlung zum Einsatz von erdgekoppelten Wärmepumpen zur Beheizung, Klimatisierung (Heizen und Kühlen) oder Kühlung von Gebäuden.

Methodik und Ergebnisse

Eine Erdwärmeanlage zur Nutzung von oberflächennaher Geothermie besteht generell aus drei Komponenten: Wärmequellenanlage im Untergrund, (kontinuierlich zirkulierende Fluide in einem geschlossenen System oder Grundwasser mit Förder- und Schluckbrunnen), Wärmepumpe, Wärmequellenanlage, z.B. Fußbodenheizung.

Das Potenzial der oberflächennahen Geothermie ist somit für Erdwärmesonden, Erdwärmekollektoren und Förder- und Schluckbrunnen von Grundwasserwärmepumpen individuell und quantitativ zu ermitteln.

Randbedingungen ergeben sich aus der (Hydro)Geologie, hydrogeologischen und wasserwirtschaftlichen bzw. wasserrechtlichen Standortbedingungen (z.B. keine Nutzung im Wasserschutzgebiet etc.) für die Wahl der geeigneten Wärmequellenanlage (Erdwärmekollektor, Erdwärmesonde, Grundwassernutzung). Bei der Potenzialermittlung sind die drei Systeme flächendeckend gesondert zur analysieren, die Effizienzkriterien an standortspezifisch festzulegen und zu dokumentieren.

Eine Kühlung von Gebäuden kann auch direkt erfolgen, ohne Einsatz eines zwischengeschalteten Systems (z.B. über eine Grundwasser-Direktkühlung) und ist durch die Potenzialabschätzung zu differenzieren (Jahresheizbedarf nach Raumwärme und Warmwasser). Möglich ist ein Einsatz für kalte Nahwärmenetzen in Quartieren.

Folgende Aspekte müssen u. a. bei der Potenzialermittlung beachtet werden:

Ausschlussflächen (Wasserschutzgebiete, artesisch gespannte Grundwässer, Bohrrisisken etc.)

Zusätzlich bei Erdwärmesonden

Wärmeleitfähigkeit des Untergrundes (in Abhängigkeit der Bodenart und der Wassersättigung)
Länge der Erdwärmesonden Flächenverfügbarkeit für die Installation der Sonden auf dem Flurstück (Abstand 1 m zum Gebäude und 3 m zur Flurstücksgrenze)
Abstand zwischen den Erdwärmesonden von 6 m (VDI 4640)
Bohrtiefenbegrenzung bei der Abschätzung der Sondenlänge
Auslegung des Referenzsystems (Anzahl Sonden, Abstand Sonden, Sondentyp, Durchstömung der Sonde, Bohrlochwiderstand, Volllaststunden, etc.)

Zusätzlich bei Erdwärmkollektoren:

Technisch ungeeignete Flächen (Hangneigung, Bebauung, Grabbarkeit)
Wärmeleitfähigkeit des Untergrundes (in Abhängigkeit der Bodenart und der Wassersättigung)
Klimadaten bzw. Klimazonen (Niederschlags- und Temperaturdaten, Volllaststunden)
Auslegung des Referenzsystems (Kollektorart, Verlegeabstand, Einbautiefe, etc.)

Zusätzlich bei Grundwasserwärmepumpen:

Für die Ermittlung des Potenzials ist wiederum ein Referenzsystem (Förder- und Schluckbrunnen,) anzusetzen, dass die folgenden Kriterien erfüllten:
Die Absenkung des Grundwasserspiegels am Förderbrunnen darf nicht über 1/3 der grundwassererfüllten Mächtigkeit betragen
Beim Wiedereinleiten des Wassers in den Untergrund darf der Grundwasserspiegel auf maximal 0.5 m unter der Oberfläche steigen (keine Oberflächenflutung).
Es darf kein hydraulischer (und thermischer) Kurzschluss zwischen dem eingeleiteten und dem geförderten Grundwasser an Förder- und Schluckbrunnen entstehen.
Förder- und Schluckbrunnen müssen mindestens 10 m Abstand zueinander haben. Die Temperaturspreizung darf nicht über 6 K betragen

Daten- und Informationsgrundlage

Informationsheft Oberflächennahe Geothermie des Bayerischen Landesamts für Umwelt Standortauskunft Oberflächennahe Geothermie im Umweltatlas Bayern
VDI 4640
Leitfaden Erdwärmesonden in Bayern
Potenzialermittlung Grundwasserwärmepumpen: Böttcher, F., Casasso, A., Götzl, G., Zosseder, K. (2019): TAP - Thermal aquifer Potential: A quantitative method to assess the spatial potential for the thermal use of groundwater. Renewable Energy, 142, 85-95. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.04.086
Potenzialermittlung Erdwärmekollektoren: ThermomapViewer (European Outline MAP

Abgabe der Ergebnisse

Die Ergebnisse sind flurstücksbezogen für alle bebauten Flurstücke auszuweisen, deren Gebäudebestand eine Wärmenachfrage aufweist. Weiterhin sind jene Flurstücke in die Untersuchung aufzunehmen, für die eine künftige Bebauung (Baugebiete, Bauerwartungsland, etc.) mit Wärmenachfrage abzusehen ist.

Zur Ausweisung der nutzbaren Potenziale im Bestand ist ein gebäudescharfes Wärme- und Sanierungskataster zu Grunde zu legen, welches den Jahresheizwärmebedarf getrennt nach Raumwärme und Warmwasser sowie eine entsprechende Heizleistung für Wärmepumpen angibt.