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Thermische Nutzung über Wärmepumpen (Heizen und Kühlen)

Was ist eine Wärmepumpe !?

Die Wärmepumpe nutzt natürliche Wärmequellen aus dem Erdreich und dem Grundwasser. Durch Verdampfen und Kondensieren wird diese Energie für Heizzwecke in Gebäuden nutzbar gemacht.
Im Gegensatz zur Sonnenenergie steht diese  Wärmequelle unabhängig vom Klima und von der Jahres- und Tageszeit fast überall und jederzeit zur Verfügung. Sie ist eine ökologische Alternative zu konventionellen Heizsystemen.

Welche Wärmequellen gibt es !?

  • Erdwärmekollektoren sind in geringer Tiefe (mindestens 20 cm unter Frostgrenze) im Erdboden verlegte "Heizschlangen".
    Diese Anlagen sind außer in Wasserschutzgebieten genehmigungsfrei und benötigen keine behördliche Erlaubnis. Überschlagsmäßig ist bei diesem System, je nach Bodenbeschaffenheit, eine Entzugsleistung von 10-35 W pro m² zu rechnen.
  • Erdwärmesonden sind Bohrungen in den Boden bis zu mehreren 100 Metern. In der Regel werden die Bohrungen im Stadtgebiet bis max. 70 Meter ausgeführt deren Genehmigung des Wasserwirtschaftsamtes bedarf. Bei den Bohrungen dürfen keine unterschiedlichen Grundwasserstockwerke durchbohrt werden. Ggf. werden mehrere Bohrungen niedergebracht. Bohrungen bzw. geothermische Nutzungen über Erdwärmesonden werden in Trinkwasserschutzgebiete in der Regel wasserrechtlich nicht bewilligt.
    Überschlagsmäßig ist bei diesem System eine Entzugsleistung von 50 W pro Bohrmeter anzugeben.
  • Grundwasser wird aus einem Brunnen entnommen und in einen so genannten Schluckbrunnen dem Grundwasser wieder zurückgeführt. Hierbei darf lediglich das oberste Grundwasserstockwerk erschlossen werden. Eine Grundwasserbenutzung in Trinkwasserschutzgebiete wird in der Regel wasserrechtlich nicht bewilligt.
    Überschlagsmäßig ist bei diesem System ein Wasserbedarf von 200l/h pro kW Heizleistung zu rechnen.
  • Luft direkt aus der Umgebung bzw. in Verbindung mit Erdwärmeüberträger.

    Achtung:
    Die örtlichen Gegebenheiten (Bodenverhältnisse, Geologie, Hydrogeologie) sind nicht überall gleich. Die mögliche Entzugsleistung sollte daher durch ein Fachunternehmen oder Planungsbüro festgestellt werden.

Die Thermische Nutzung im Ingolstädter Stadtgebiet

Graphischer Zugriff über Kartenserver:

Karte bestehender Wärmepumpen und Erdwärmesonden im Stadtgebiet

Im Stadtgebiet werden aktuell mittels Erdwärme und Grundwasser rund 360 Wärmepumpenanlagen betrieben (genehmigte Anlagen seit 1992). Aufgrund der guten geologischen Situation südlich der Donau werden ca. 70 % der Anlagen als Grundwasserwärmepumpe konzipiert. Nur vereinzelt wird das Grundwasser im Norden genutzt, wo bereichsweise eine ausreichende Mächtigkeit des Grundwasserkörpers mit guter Durchlässigkeit zu verzeichnen ist. Seit 2007 werden verstärkt thermische Nutzung mittels Erdwärmekollektoren und Erdwärmesonden realisiert. Die Anzahl der genehmigten Anlagen im Stadtgebiet ist seit ca. 2006 insgesamt rückgängig (siehe Grafik).

Hydrogeologische Eignung im Stadtgebiet

Eine Grundwasserwärmepumpe empfiehlt sich immer dort, wo ein geeignetes oberflächennahes Grundwasservorkommen vorhanden ist. Die Nutzung des oberflächennahen Grundwassers (bis ca. 8 m Tiefe) als Wärmequelle ist aus energetischer Sicht am besten geeignet. Zwischen 8 und 12 °C stehen der Wärmepumpe ständig als Quellen-Vorlauftemperatur zur Verfügung.

Im Stadtgebiet bestehen jedoch gewisse hydrogeologische Einschränkungen was die Ergiebigkeit des Grundwassers betrifft. Nicht überall steht das Grundwasser in ausreichender Menge zur Verfügung. Nur im südlichen Stadtgebiet stellen die gut durchlässigen Kiese und Sande des Donauschotters in der Regel einen sehr guten Grundwasserleiter dar. Die Grundwassermächtigkeiten (Stärke der wasserführenden Kies- und Sandschichten) liegen hierbei oftmals zwischen 3 und 8 m. Die Grundwassermächtigkeiten sind über den Kartenviewer einsehbar.

Größere Einschränkungen gibt es im Bereich der Hochterrasse des nördlichen Stadtgebietes, wo die oberflächennahen Kiese zwar grundwasserführend sind, aber die wassergefüllte Mächtigkeit stellenweise zu gering ist, um eine Wärmepumpe mit der notwendigen Wassermenge zu betreiben.

Zu Beachten ist ferner die Fließrichtung und die Temperatur des Grundwassers. Für eine Grundwasserwärmepumpe müssen 2 Brunnen angelegt werden (ein Entnahme- und ein Schluckbrunnen), die zur Vermeidung eines thermischen Kurzschlusses im Untergrund in ausreichendem Abstand zueinander in Grundwasserfließrichtung liegen müssen. Zu beachten sind besonders die im nördlichen Stadtbereich z. T. sehr unterschiedlich verlaufenden Grundwasserfließrichtungen.

Erdwärmesonden sind senkrechte Bohrungen, in die häufig Doppel-U-Rohre aus HDPE-Kunststoff installiert werden. Diese sind mit einem Wärmeträgermedium gefüllt, zumeist Wasser mit einem Frostschutzmittel, welche die Wärme aus dem Erdreich aufnimmt und sie an die Oberfläche zur Wärmepumpe transportiert.
Erdwärmesonden werden in Ingolstadt in den meisten Fällen mit einer Tiefe von 40 bis 70 m gebohrt. Nördlich der Linie Friedrichshofen – Mailing werden die Horizonte des Juragesteines und somit der öffentlichen Wasserversorgung erreicht. Zum Schutz der Trinkwasserführenden Schichten, ist für die Thermische Nutzung des Untergrundes eine behördliche Genehmigung beim Umweltamt der Stadt Ingolstadt einzuholen. Die Festlegung der maximal möglichen Bohrtiefe wird durch das Wasserwirtschaftsamt im Rahmen der Begutachtung vorgenommen. Erdwärmesonden innerhalb der Wasserschutzgebiete sind in Ingolstadt aufgrund der geringen Karstüberdeckung nicht möglich.

Die Karte gibt einen Überblick über geologische und wasserwirtschaftliche Einschränkungen bei der Grundwassernutzung des oberen Grundwasserstockwerkes in Ingolstadt

Die Ingolstädter Kommunalbetriebe (Kontakt-E-Mail) bieten hierzu gerne eine ausführliche Beratung an.

Grundwasserbeschaffenheit

Je nach Grundwasserbeschaffenheit kann es beim Betrieb einer Grundwasserwärmepumpe zu Einschränkungen kommen. So besteht z. B. bei sauerstoffreduzierten Wässern mit hohen Eisen- und / oder Mangangehalten die Gefahr der Brunnenverockerung, bei aggressiven Wässern die Gefahr der Anlagenkorrosion.

Im Rahmen eines Grundwassermonitorings haben die Ingolstädter Kommunalbetriebe an 12 ausgewählten Grundwassermessstellen die wichtigsten Parameter prüfen lassen. Die Messwerte einer einmaligen Stichtagsbeprobung sind nur als Anhaltswerte zu verstehen und können bei kleinräumiger Betrachtung von den tatsächlichen Verhältnissen abweichen.

Bei größeren Anlagen sollte zur Beurteilung der Grundwasserqualität in jedem Fall eine Analyse auf alle Haupt- Wasserinhaltsstoffe und allgemeinen Parameter durchgeführt werden.

Detailanfragen zur Grundwasserbeschaffenheit können sie an das Trinkwasserlabor des Ingolstädter Kommunalbetriebes (Kontakt-E-Mail) richten.

Anhaltswerte der Grundwasserbeschaffenheit speziell für den Einsatz von Grundwasserwärmepumpen geben die im Juni 2006 gemessenen Werte unseres Grundwassermonitorings Wärmepumpen:

Behördliche Genehmigung

Durch den Wärmeentzug werden der Boden und das Grundwasser abgekühlt bzw. erwärmt, wodurch sich die physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften des Wassers verändern können. Diese Veränderungen der Grundwasserqualität stellen eine Gewässerbenutzung nach § 3 Abs. 1 Nr. 5 und 6 des Wasserhaushaltsgesetzes (WHG) dar. Gewässerbenutzungen bedürfen daher einer behördlichen Erlaubnis.

Bei thermischer Nutzung bis einschließlich 50 kJ/s ist ein Antrag auf Erteilung einer beschränkten Erlaubnis im vereinfachten Verfahren gemäß Art. 17a Abs. 1 Nr. 1 Bayerisches Wassergesetz (BayWG) zu stellen.

Dieser Antrag ist bei der Wasserrechtsbehörde im Umweltamt der Stadt Ingolstadt, Rathausplatz 9, 85049 Ingolstadt, Telefax: 0841/305-2543, Tel - Nr.: 0841/305-2562 einzureichen.

Die Genehmigung setzt die Beteiligung eines Privaten Sachverständigen der Wasserwirtschaft (PSW) gem. Art. 78 BayWG voraus.

 

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Herstellung einer Erdwärmesonde mittels Großbohrgerät

Ansprechpartner

Wasserwirtschaft und Gewässerschutz
Hindemithstraße 30
D - 85057 Ingolstadt
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Telefon: 0841/305- 3621
Fax: 0841/305- 3609
entwaesserung@in-kb.de
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