Erdwärme! voraus - Die Erde als Energiequelle · 2017-04-18 · LbH Leistungsbeschreibung Hochbau...

Erdwaumlrme voraus Die Erde als Energiequelle

Technologieleitfaden Erdwaumlrme

AbkuumlrzungSVErzEIcHnIS

cOP CoefficientofPerformanceEA Energieausweis

in der geltenden FassungJAz JahresarbeitszahlLbH Leistungsbeschreibung HochbauLbVI Leistungsbeschreibung Verkehr und

Infrastruktur OumlWAV Oumlsterreichischer Wasser- und AbfallwirtschaftsverbandSIA Schweizerischer Ingenieur- und

ArchitektenvereintgS Thermische Gebaumludesimulationtrt Thermal Response TestVDI Verein Deutscher IngenieureVLt Vorlauftemperatur HeizungVOumlbu V ereinigung Oumlsterreichischer Bohr-

Brunnenbau- und Spezialtiefbau-unternehmungen

IMPrESSuM

Medieninhaber und HerausgeberMagistrat der Stadt WienMagistratsabteilung 20 ndash EnergieplanungLayout Erdgeschoss GmbHLektorat Maga Ulrike Zdimal-LangDruck MA 21 - DruckereiVerlags- und Herstellungsort Wien November 2016

ErdwaumlrmevorausTechnologieleitfadenErdwaumlrme

AutorenDI Richard Niederbrucker geohydrotherm ndash Ingenieurbuumlro fuumlr Geotechnik Geohydraulik und Geothermie2485 Wimpassing ad LeithaEisenstaumldter Straszlige 417

DI Dr Edith HaslingerAIT Austrian Institute of Technology GmbHim Auftrag von geohydrotherm

AuftrAggEbEr Magistratsabteilung 20 ndash Energieplanung

inhaltsvErzEichnis

Vorwort 7

1 Die Erde als Energiequelle und Energiespeicher 8 11 Rahmenbedingungen fuumlr eine nachhaltige Nutzung

der Erdwaumlrme in urbanen Gebieten 9

2 technik der Erdwaumlrmegewinnung fuumlr Heizen und kuumlhlen 11 21 Waumlrmequellenanlagen 12 211 Grundwasserwaumlrmepumpe 12 212 Erdwaumlrmesonden 13 213 Erdkollektor 15 214 Weitere Anlagen 16 22 Waumlrmeabgabesysteme und Warmwasserbereitung 16 221 Geeignete Waumlrmeabgabesysteme fuumlr Erdwaumlrmenutzungen 16 222 Waumlrmepumpe und Warmwasserbereitung 18 23 Nutzung von Erdreich und Grundwasser zum Kuumlhlen und Speichern 18 231 Kuumlhlen mit Erdreich und Grundwasser 18 232 Der Untergrund als Waumlrmespeicher 19 24 Thermische Aktivierung von Bauteilen 20 241 Thermische Aktivierung im Hochbau 20 242 Thermische Aktivierung erdberuumlhrender Bauteile 20

3 Planung von Erdwaumlrmeheizungs- und -kuumlhlanlagen 21 31 Planungsablauf bei Erdwaumlrmeanlagen 21 32 Wahl der Waumlrmequellenanlage 22 321 Entscheidungsparameter 22 322 Systemauswahl 22 33 Energiebedarfsermittlung 23 34 Spezielle Planungsaspekte fuumlr den groszligvolumigen Wohnbau 24 35 Spezielle Planungsaspekte fuumlr Sanierungen 25 36 Hinweise fuumlr Planung und Ausfuumlhrung der Waumlrmequellenanlagen 26 361 Grundwasserwaumlrmepumpe 26 362 Erdwaumlrmesonden 27 363 Erdwaumlrmekollektoren Flachkollektoren 28 37 Kombination mit anderen regenerativen Quellen 29 371 Kombination mit Solarthermie 29 372 Kombination mit Photovoltaik 29 373 Kombination mit Abwaumlrme 29

4 bau von Erdwaumlrmenutzungsanlagen 30 41 Ausschreibung der Leistungen und Vergabe 30 42 Bohrverfahren 30 421 Moumlgliche Gefahren durch Bohrungen 31 422 Maszlignahmen bei unerwarteten Untergrundverhaumlltnissen 31 423 Qualifikation der Bohrunternehmen 31 43 Materialien und Systemkomponenten 31 431 Rohrmaterial fuumlr Flach- und Vertikalkollektoren 31 432 Sondeneinbau und Verpressung bei Erdwaumlrmesonden 32 433 Sammlungs- und Verteilungssysteme fuumlr Flach- und Vertikalkollektoren 33

5 Anlagenbetrieb 35 51 Inbetriebnahme 35 52 Energiemonitoring 35 53 Service- Wartungs- und Energiekosten 35 54 Moumlgliche Stoumlrquellen im Anlagenbetrieb 36

6 Erdwaumlrme und recht 37 61 Rechtliche Rahmenbedingungen der unterschiedlichen Erdwaumlrmenutzungen 37 611 Anlagen mit einer thermischen Nutzung des Grundwassers 37 612 Anlagen zur thermischen Nutzung des Untergrundes

ohne Wasserentnahme ndash Erdwaumlrmesonden Energiepfaumlhle 37 613 Anlagen zur thermischen Nutzung des Untergrundes

ohne Wasserentnahme ndash Flachkollektoren 38 614 Weitere rechtliche Rahmenbedingungen 39 62 Dauer der wasserrechtlichen Bewilligung 39 63 Wasserrechtliche Ablehnungsgruumlnde einer geplanten Anlage 39

7 genehmigungsverfahren Schritt fuumlr Schritt mit zustaumlndigkeiten 40

8 Erdwaumlrmenutzung in Wien 42 81 Die Geologie von Wien und die Bedeutung fuumlr die Erdwaumlrme 42 82 Installierte geothermische Anlagen in Wien 43 83 Potenzial fuumlr die Nutzung der Erdwaumlrme in Wien 43 84 Beispiele zu Erdwaumlrmeheizungsanlagen im groszligvolumigen Bau in Wien 44

9 Daten und fakten zur Erdwaumlrme im uumlberblick 52

10 Literaturhinweise Ansprechpartner nuumltzliche Links 54 101 Zustaumlndige Dienststellen der Gemeinde Wien 54 102 Ansprechpartner fuumlr Planung Bau und Betrieb von Erdwaumlrmeheizungsanlagen 55 103 Nuumltzliche Links 56 104 Relevante Gesetze Normen und Richtlinien 56

VOrWOrt acute

vorwort Maria vassilakou

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Maga Maria Vassilakou Vizebuumlrgermeisterin der Stadt Wien

Die Bedeutung von nachhaltiger Energienutzung aus erneuerbarer Energie ruumlckt immer staumlrker ins oumlffentliche Bewusstsein Besonders in Wien als eine der weltweit fuumlhrenden Umweltmusterstaumldte gewinnt das Erdreich als Waumlrme- und Energiequelle mehr an Bedeutung Fuumlr eine fortschrittliche Gestaltung der Wiener Energiepolitik sind der Einsatz und die laufende Weiterentwicklung innovativer Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien unerlaumlsslich Besonders im Wiener Stadtgebiet besteht ein beachtliches Potenzial fuumlr den Ausbau der Erdwaumlrmenutzung So waren im Jahr 2016 bereits mehr als 1800 Erdwaumlrmenutzungen verzeichnet Dies ist seit der Einfuumlhrung des Erdwaumlrmeshypotenzialkatasters in den Stadtplan von wienat besonders gut nachvollziehbar Mithilfe innovativer Anlagen und durch gezielte Nutzung dieser klimaschonenden Energiequellen wird ein weiterer Schritt in Richtung Smart City gesetzt

Dieser Leitfaden informiert uumlber verschiedene Moumlglichkeiten und Anwendungsbereiche der oberflaumlchennahen Erdwaumlrme Er dient als Wegweiser zur Umsetzung von zukunftsweisenden Projekten Die vorgestellten Systeme finden sowohl im Einfamilienhaus als auch im groszligshyvolumigen Wohn- und Gewerbebau Anwendung Es ist dabei von Vorteil dass diese Systeme grundsaumltzlich als service- und wartungsgering gelten

Diese Broschuumlre wird zukunftsweisenden Bauprojekten als Entscheidungsgrundlage dienen fuumlr die Auswahl von passenden Heiz- und Kuumlhlsystemen die die Erde als Waumlrme- und Kaumlltequelle nut zen Es lohnt sich uumlber moumlgliche Anwendungsformen nachzudenken und ihre Vorteile am jeweiligen Standort herauszufinden Hier sind auch Informationen zu oumlffentlichen und privaten Einrichtungen zu finden die bei der Planung von Erdwaumlrmeshynutzungen weiterhelf en Das Erdreich zur Gewinnung von Waumlrme und Kuumlhlung zu nutzen bedeutet einen weiteren wichtigen Schritt weg vom Abbau fossiler Rohstoffe und ermoumlglicht eine komfortable und langfristig kostenguumlnstige Waumlrmeversorgung

Wir hoffen mit dem Leitfaden den Weg der Bauwirtschaft in Richtung Umsetzung zukunftsweisender Waumlrme- und Kaumllteversorgungen zu unterstuumltzen

8 9

kAPItEL 1 Die Erde als Energiequelle und Energiespeicher

1 DiE ErDE als EnErgiEquEllE unD EnErgiEspEichEr

Als Erdwaumlrme wird die in der Erde gespeicherte Waumlrme definiert Diese kann durch den Menschen nur zu einem verhaumlltnismaumlszligig geringen Anteil genutzt werden da die Temperaturen im Erdinneren fuumlr eine technische Nutzung zu hoch sind 99 der Erde sind heiszliger als 1000 degC und nur ein Tausendstel der Erdoberflaumlche ndash die obersten Kilometer der durchschnittlich 40 km dicken Erdkruste ndash sind kuumlhler als 100 degC Die Waumlrme im Erdinneren stammt zum Teil noch von der Zeit der Erdentstehung vor 46 Mrd Jahren Der uumlberwiegende Teil der Waumlrme entsteht allerdings aus dem Zerfall der natuumlrlichen Radioisotopen Uran Thorium und Kalium in der Erdkruste Durch den kontinuierlichen Waumlrmestrom vom heiszligen Erdkern (im Mittel 5000 degC) zur kuumlhlen Erdoberflaumlche (ca 14 degC) gelangt die Waumlrme an die Erdoberflaumlche und kann genutzt werden Die von der Erde pro Quadratmeter abgegebene Leistung ndash der so genannte terrestrische Waumlrmestrom ndash betraumlgt durchschnittlich 65 mWmsup2 Dieser Waumlrmeverlust wird durch Waumlrmegewinn durch Sonneneinstrahlung bei weitem uumlbertroffen ndash dieser betraumlgt in Mitteleuropa 1000 Wmsup2 Die Temperatur der Erdoberflaumlche ist abhaumlngig von der Sonneneinstrahlung wobei der Einfluss der Sonne bis zu einer Tiefe von ca 15 Metern begrenzt ist Da der Boden allgemein eine schlechte Waumlrmeleitfaumlhigkeit besitzt ist ab dieser Tiefe kein Einfluss der Sonnenstrahlung mehr gegeben Unterhalb dieser Grenze nimmt die Temperatur mit der Tiefe im Normalfall stetig zu Der gleichmaumlszligige Anstieg der Temperatur in der aumluszligeren Erdkruste betraumlgt in Mitteleuropa durchschnittlich 3 degC100 m und wird als geothermischer Gradient bezeichnet1 Aufgrund verschiedener geologischer Parameter wie Gesteinseigenschaften und Geodynamik kann sie je nach Region stark variieren Entscheidend fuumlr das Ausmaszlig der Waumlrmeleitung vom Erdinneren sind die Waumlrmeleitfaumlhigkeit (λ) und die spezifische Waumlrmekapazitaumlt (C

p) des jeweiligen Gesteins Festgesteine haben in der Regel eine houmlhere Waumlrmeleitfaumlhigkeit und -speicherkapazitaumlt als Lockergesteine So hat zB ein Granit ein λ von ca 34 Wm K trockener Sand hingegen ein λ von nur 04 Wm K2

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Die Erdwaumlrme wird zu den erneuerbaren Energien gezaumlhlt da sie in menschlichen Zeitraumlumen unerschoumlpflich ist und kontinuierlich nachgeliefert wird Die im Erdinneren gespeicherte Energie betraumlgt ca 126 times 1024 MJ und uumlbersteigt damit den jaumlhrlichen weltweiten Energiebedarf um ca ein 30-Milliardenfaches (389 times 1014 MJ umgerechnet 108 PWh Weltprimaumlrenergieverbrauch im Jahr 20133) Die Halbwertszeit betraumlgt ca 14 Mrd Jahre sprich In 14 Mrd Jahren ist der Energiefluss noch immer halb so groszlig wie heute

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Das Erdreich (Boden und Grundwasser) kann nicht nur als Waumlrmequelle sondern auch als Waumlrmesenke fuumlr Uumlberschusswaumlrme (Gebaumludekuumlhlung) herangezogen werden Das Einbrinshygen von Uumlberschusswaumlrme in den Untergrund ist von groszligem Vorteil da dadurch eine einseishytige Nutzung des Untergrunds vermieden und die thermische Regeneration gefoumlrdert wird Des Weiteren ergibt sich dadurch die Moumlglichkeit einer saisonalen Speicherung der Waumlrme (Details Dazu siehe Kapitel 232)


1 Stober I amp Bucher K (2012) Geothermie Springer-Verlag Berlin Heidelberg

2 Verein Deutscher Ingeshynieure (2010) VDI 4640 Blatt 1 ndash Thermische Nutzung des Untershygrunds ndash Grundlagen Genehmigungen Umweltaspekte

3 OECD amp IEA (2015) Key World Energy Statistics International Energy Agency Paris

Energie der bodennahen Atmosphaumlren-schichten umgebungsluft

oberflaumlchennahe Erdwaumlrme

Erdwaumlrme im tiefen untergrund

- 300 m

0 m

Sonneneinstrahlung

Einflussbereich der Sonneneinstrahlung

Erdoberflaumlche

Atmosphaumlre

terrestrischer Waumlrmestrom

Erdreich mitohne Grundwasser

11 rahmenbedingungen fuumlr eine nachhaltige nutzung der Erdwaumlrme in urbanen gebieten

Im urbanen Gebiet gelten fuumlr die Erdwaumlrmenutzung spezielle Rahmenbedingungen Dichte Verbauung und das Fehlen groumlszligerer Gruumlnshy und Wasserflaumlchen fuumlhren zu hohen sommerlishychen Temperaturen in den Gebaumluden und an den versiegelten Oberflaumlchen Dieses Phaumlnoshymen wird als Urban Heat Island bezeichnet Das Erdreich kann hier als Waumlrmesenke zum Kuumlhshylen von Gebaumluden herangezogen werden Die dabei abgefuumlhrte uumlberschuumlssige Waumlrme wird im Erdreich gespeichert und in der kalten Jahreszeit zum Heizen verwendet Der Untergrund traumlgt damit zu einer nachhaltigen Kuumlhlung von Gebaumluden in Staumldten bei

Durch eine koordinierte Bewirtschaftung der verschiedenen Erdwaumlrmequellen unter Beruumlcksichtigung der wasserwirtschaftlichen Rahmenbedingungen ist eine effiziente und nachhaltige Nutzung der im Untergrund des Wiener Stadtgebiets vorhandenen Erd waumlrme moumlglich Dabei ist neben dem vorhandenen Waumlrme- und Kaumlltepotenzial auch das saisonale Speicherpotenzial des Untergrundes in der Planung von geothermischen Nutzungen unter Einbeziehung der oumlrtlichen Randbedingungen (Bebauungsplaumlne Wassertemperatur undshyqualitaumlt) zu beruumlcksichtigen In der nachstehenden Grafik ist die saisonale Waumlrmespeicherung vereinfacht dargestellt

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Technologieleitfaden Erdwaumlrme Technologieleitfaden Erdwaumlrme

Abb 1 Darstellung Erdwaumlrmeshynutzung Quelle modifiziert nach M Kaltschmitt et al (Hrsg) (2013) Erneuerbare Energien ndash Systemtechnik Wirtschaftlichkeit Umweltaspekte Springer-Verlag Berlin Heidelberg S 622

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kAPItEL 1 kAPItEL 2 Die Erde als Energiequelle und Energiespeicher Technik der Erdwaumlrmegewinnung fuumlr Heizen und Kuumlhlen

10

Abb 2 Vereinfachte Darstellung der saisonalen Waumlrmespeicherung Quelle Grafik MA20

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Sommer Winter

Abwaumlrme aus Betrieben und Sonnenenergie liefern

Waumlrme ins Erdreich und fuumlllen den Speicher auf

(= Regenerierung)

Waumlrmeeinspeisung durch Gebaumlude-

kuumlhlung im Sommer

Waumlrmeentnahme fuumlr Warmwasser und

Heizung im Winter

Erdwaumlrmesonden

So funktioniert ein saisonaler Waumlrmespeicher 2 tEchnik DEr ErDwaumlrMEgEwinnung fuumlr hEizEn unD kuumlhlEn

Grundsaumltzlich lassen sich die technisch nutzbaren Erdwaumlrmevorkommen in oberflaumlchenna-he Vorkommen und in Vorkommen des tiefen Untergrunds unterscheiden wobei in dieser Broschuumlre ausschlieszliglich die oberflaumlchennahe Erdwaumlrmenutzung behandelt wird

Die oberflaumlchennahe oder seichte Erdwaumlrmenutzung erstreckt sich bis zu einer Tiefe von etwa 300 Metern wobei die meisten Anlagen nicht tiefer als 200 Meter reichen Diese Anlashygen sind technisch ausgereift und einfach herzustellen der eventuell erforderliche Aufwand fuumlr eine Bewilligung ist gering Tiefer reichende Anlagen sind aufwaumlndiger in der Herstellung Ab 300 Metern unterliegen sie dem Mineralrohstoffgesetz (MinroG) und bedingen ein aufshywaumlndigeres Bewilligungsverfahren

Um die Energie aus dem Untergrund fuumlr Heizzwecke nutzbar zu machen ist der Einsatz einer Waumlrmepumpe notwendig um das Temperaturniveau zu erhoumlhen Die Nutzung der oberflaumlchennah verfuumlgbaren geothermischen Energie mittels Waumlrmepumpen gewinnt bei privaten wie gewerblichen Bauvorhaben in Oumlsterreich zunehmend an Bedeutung Sie stellt eine ressourcenschonende emissionsfreie und damit umweltfreundliche und oumlkonomisch vorteilhafte Alternative zu konventionellen Heizungsanlagen dar

Die Nutzung der oberflaumlchennahen Erdwaumlrme erfolgt uumlber ein Waumlrmetauschersystem je nach Situierung und genutztem Medium (Erdreich oder Grundwasser) sind folgende Systeme moumlglich

a)emspThermische Nutzung des Grundwassers SIEHE kAPItEL 211

b)emspErdwaumlrmesonden SIEHE kAPItEL 212

c)emspErdwaumlrmekollektoren SIEHE kAPItEL 213

d)emspemspSonderformen wie zB Erdwaumlrmekoumlrbe Energiepfaumlhle und erdberuumlhrende aktivierte Bauteile SIEHE kAPItEL 214

ad a) Bei der Nutzung des Grundwassers wird Grundwasser uumlber einen Brunnen entnomshymen und direkt der Waumlrmepumpe zugefuumlhrt Diese entnimmt dem Wasser Energie und kuumlhlt es dabei um etwa 5 degC ab Das abgekuumlhlte Wasser wird danach wieder uumlber einen Schluckshybrunnen in den Boden zuruumlckgefuumlhrt

ad b bis d) Bei allen Systemen die das Erdreich als Waumlrmequelle verwenden wird dabei ein Rohrsystem aus Kunststoff meist Polyethylen (PE) im Erdreich verlegt In diesem Rohrsysshytem flieszligt ein WassershyFrostschutzmittelshyGemisch welches in Folge als Sole bezeichnet wird Diese Sole ist einige Grad Celsius kuumlhler als das Erdreich und nimmt daher die Energie aus dem Erdreich auf und transportiert diese zur Waumlrmepumpe

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12 13

Abb 3 Systeme der Erdshywaumlrmenutzung Links geschlosshysenes System mit Erdwaumlrmesonden rechts offenes System grundshywassernutzung Quelle modifishyziert von https

stadtentwicklung energieplanung imageserdwaershymenutzung-grjpg

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kAPItEL 2 Technik der Erdwaumlrmegewinnung fuumlr Heizen und Kuumlhlen


geschlossenes System Offenes System

Waumlrme Kuumlhlung

Warmwasser

Waumlrme Kuumlhlung

Warmwasser

Grundwasser

Erdreich

10 Meter

Tiefenbohrung

Entnahme Ruumlckfuumlhrung

100 Meter

21 Waumlrmequellenanlagen

Die Waumlrmequellen Erdreich und Grundwasser muumlssen durch eigene Waumlrmequellenanlagen fuumlr die Nutzung erschlossen werden Erst mit Hilfe dieser Anlagen kann Energie in Form von Waumlrme dem Boden bzw dem Grundwasser entzogen und in der Waumlrmepumpe genutzt wershyden Diese Erschlieszligung erfolgt im Erdreich entweder durch einen Erdkollektor ndash auch Flachshykollektor genannt ndash oder eine Erdwaumlrmesonde im Grundwasser durch einen Entnahme- und Schluckbrunnen Die gaumlngigsten Waumlrmequellenanlagen sind in der Folge kurz dargestellt

211 grundwasserwaumlrmepumpe Grundwasser bietet durch seine konstanten Temperaturen sehr gute Voraussetzungen fuumlr eine Heiz- und Kuumlhlnutzung Selbst an den kaumlltesten Tagen betraumlgt die Wassertemperatur immer noch 7 bis 12 degC Uumlber einen Foumlrderbrunnen auf dem Grundstuumlck wird Grundwasshyser entnommen und direkt der Grundwasserwaumlrmepumpe zugefuumlhrt Das aufgrund des Waumlrmeentzuges abgekuumlhlte Wasser wird anschlieszligend uumlber einen Schluckbrunnen wieder dem Boden zuruumlckgegeben Der Abstand zwischen beiden Brunnen sollte mindestens 10 m betragen Dabei ist die Flieszligrichtung des Grundwasserstromes zu beachten Die Foumlrdermenshyge der Brunnenpumpe wird durch die benoumltigte Heizleistung bestimmt Als Faustformel kann die Heizleistung (in Kilowatt) mit 250 lh multipliziert werden dies ergibt dann die gesamte notwendige Wassermenge Je mehr Energie ein Gebaumlude benoumltigt desto groumlszliger muss die Brunnenanlage sein Vor der moumlglichen Nutzung ist in jedem Fall eine wasserrechtliche Genehmigung einzuholen Auszligerdem gilt es im Vorfeld zu pruumlfen ob Grundwasser in ausreishychender Menge und nutzbarer Qualitaumlt zur Verfuumlgung steht (siehe Kapitel 361)

212 Erdwaumlrmesonden Erdwaumlrmesonden benoumltigen deutlich weniger Flaumlche als Erdkollektoren da sie die Energie uumlber die Tiefe sammeln Die Herstellung erfolgt durch eine Vertikalbohrung mit anschlieszligenshydem Einbau der Sondenrohre und dem Wiederverfuumlllen des verbliebenen Hohlraumes Die notwendige Laumlnge der Sonde wird wiederum durch die Heizleistung sowie den anstehenden Untergrund bestimmt Fuumlr die Errichtung und den Betrieb von Erdwaumlrmesonden ist unter Umstaumlnden eine wasserrechtliche Bewilligung erforderlich Ein diesbezuumlgliches Ansuchen mit den zugehoumlrigen Einreichunterlagen ist beim zustaumlndigen Magistratischen Bezirksamt zu stellen SIEHE DAzu AucH kAPItEL 7 unD 10

Erdwaumlrmesonden werden mittels Tiefenbohrung vorwiegend lotrecht in den Boden eingeshybaut Sie brauchen kaum Platz und sind einfach herzustellen Die Sonden bestehen in der Reshygel aus zwei Ushyfoumlrmigen Kunststoffrohren durch die ein WassershyFrostschutzmittelshyGemisch (Sole) flieszligt Diese entzieht dem Erdreich Waumlrme und gibt diese an die Waumlrmepumpe weiter Uumlblich sind Bohrungen bis zu 200 m Tiefe Mit Erdwaumlrmesonden ist man weitgehend unabshyhaumlngig von der Grundstuumlcksgroumlszlige Sie sind auch nachtraumlglich zum Beispiel im Zuge einer thermischen Gebaumludesanierung einfach herzustellen Erdwaumlrmesonden haben eine lange Lebensdauer Die Laumlnge der Sonde wird durch die benoumltigte Heizleistung und die Geologie des Untergrundes bestimmt Hier gilt Gleiches wie beim Flachkollektor Je mehr Energie das Gebaumlude benoumltigt desto laumlnger muss die Sonde werden Bei einem Bestandsgebaumlude kann daher durch eine thermische Sanierung die Sondenlaumlnge reduziert werden

Abb 4 Schematische Darstellung einer Waumlrmepumpe mit der Waumlrmequelle grundwasser Quelle Bundesvershyband Waumlrmepumshypen eV


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Die heutigen Sonden bestehen in der Regel aus vier Kunststoffrohren ndash je zwei Vorlaufshy und zwei Ruumlcklaufleitungen Die Sonde wird in die vorbereitete Bohrung eingebracht und anshyschlieszligend mit einer Suspension verpresst Diese Verpressung bildet nach der Aushaumlrtung eine dauerhafte dichte und physikalisch stabile Verbindung der Erdwaumlrmesonde zu dem umshygebenden Gestein Dadurch wird ein guter Waumlrmeuumlbergang gewaumlhrleistet Die Sole stroumlmt vom Verteilerbalken aus durch die beiden Vorlaufrohre nach unten wird im Sondenfuszlig umshygelenkt und stroumlmt uumlber den Ruumlcklaufverteiler zur Waumlrmepumpe zuruumlck Die dem Erdreich dabei entzogene Waumlrmemenge ist abhaumlngig von mehreren standortspezifischen Einflussshyfaktoren Geologische Einflussfaktoren sind dabei die Waumlrmeleitfaumlhigkeit und spezifische Waumlrmekapazitaumlt des Erdreiches Ebenfalls beeinflusst die Lage des Grundwasserspiegels sowie die Grundwasserbewegung die Leistungsfaumlhigkeit der Sonde da durch stroumlmendes Grundwasser zusaumltzliche Waumlrme zur Sonde transportiert wird Weitere Einflussfaktoren sind poundemspDauer des Waumlrmeentzuges aus dem Untergrund (Jahresbetriebsstunden) poundemspgegenseitige Beeinflussung von Erdwaumlrmesonden in groumlszligeren Anlagen poundemspBohrlochdurchmesser und Bohrlochverfuumlllung

Abb 5 Schematische Darstellung einer Waumlrmepumpe mit der Waumlrmeshyquelle Erdreich erschlossen uumlber vertikale Erdwaumlrshymesonden Quelle Bundesvershyband Waumlrmepumshypen eV

213 Erdkollektor Der Erdkollektor besteht aus Rohren oder Matten die im Neubau bei den ohnehin notshywendigen Erdarbeiten einfach mitverlegt werden Der Erdkollektor wird in ca 1ndash15 m Tiefe (unter der Frostgrenze) verlegt Ein ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel (bdquoSoleldquo flieszligt durch die Rohre oder Matten und entnimmt die im Erdreich gespeicherte Waumlrme Dem Boden wird jedoch nur ein Bruchteil dessen entzogen was im Laufe des Jahres durch Sonneneinstrahlung Wind und Regen an Energie zugefuumlhrt wird Die Entzugsflaumlche des Erdkollektors wird durch die benoumltigte Heizleistung und die Bodenbeschaffenheit des Untergrundes bestimmt Als Faustformel kann die Heizleistung in kW mit 25 m2 pro kW multipliziert werden Diese Entzugsflaumlche entspricht meist dem eineinhalbshy bis dreifachen der beheizten Wohnflaumlche Je mehr Energie Ihr Gebaumlude benoumltigt desto groumlszliger muss die Entzugsflaumlche sein Daher sollte ein Bestandsgebaumlude vorher immer thermisch saniert werden Fuumlr die exakte Dimensionierung der Entzugsflaumlche ist die genaue Kenntnis der Bodenbeschaffenheit notwendig Ideal sind feuchte Lehmboumlden Weniger geeignet sind trockene Schotterboumlden

Abb 6 Schematische Darstellung einer Waumlrmepumpe mit der Waumlrmeshyquelle Erdreich erschlossen uumlber horizontale Erdshywaumlrmekollektoren Quelle Bundesvershyband Waumlrmepumshypen eV


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214 Weitere Anlagen Erdwaumlrmekoumlrbe Energiepfaumlhle sowie thermisch aktivierte Bauteile (Bodenplatten Fundashymente etc) stellen weitere Moumlglichkeiten der oberflaumlchennahen Erdwaumlrmenutzung dar

Bei Erdwaumlrmekoumlrben handelt es sich um spiralfoumlrmig gewickelte PEshyRohre die Laumlnge dieser Spirale schwankt je nach Hersteller zwischen etwa 4 und 12 m Die effektive Rohrlaumlnge betraumlgt zwischen 75 und 200 Metern Wie Flachkollektoren nutzen sie die oberflaumlchennahe Bodenwaumlrme welche sehr stark von Sonneneinstrahlung und Niederschlaumlgen beeinflusst wird Fuumlr den Einbau der Koumlrbe wird ein entsprechend tiefer Bodenaushub hergestellt Die Koumlrbe werden hineingesetzt und mit Sand verfuumlllt um eine gute Ankopplung an den umgeshybenden Boden zu erhalten Die Koumlrbe koumlnnen dabei beliebig auf der zur Verfuumlgung stehenden Flaumlche angeordnet werden der Mindestabstand zwischen den Koumlrben sollte jedoch etwa sie shyben Meter betragen Die Entzugsleistung je Korb liegt je nach Laumlnge und Bodenbeschaffenshyheit zwischen 07 und 2 kW Wie bei Flachkollektoren duumlrfen Erdwaumlrmekoumlrbe nicht uumlberbaut werden da sonst die Entzugsleistung deutlich abfaumlllt Bei zu starker Leistungsentnahme aus den Koumlrben kann es zu einem Auffrieren des umgebenden Bodens kommen

Ist aufgrund der oumlrtlichen Bodenbeschaffenheit eine Gruumlndung auf Pfaumlhlen notwendig so koumlnnen diese in vielen Faumlllen als Energiequelle in Form von so genannten Energiepfaumlhlen genutzt werden Voraussetzung dafuumlr ist dass in dem Pfahl ein Waumlrmetauscher in Form von PEshyRohren mit eingebaut werden kann Einige Pfahlhersteller bieten hier bereits fertig konshyfektionierte Systeme an Nach Herstellung des Pfahles werden die Anschlussleitungen fuumlr den integrierten Waumlrmetauscher hergestellt Die Mehrkosten der Waumlrmetauscherrohre sind meist gering die gesamte Planung hinsichtlich der konstruktiven Ausbildung und energetishyschen Einbindung muss jedoch bereits zu Projektbeginn miteinbezogen werden

Fuumlr die Errichtung und den Betrieb von Energiepfaumlhlen sollten folgende Punkte beachtet werden

Die statischen Anforderungen des Bauwerkes bestimmen Pfahllaumlngen und die Pfahlshyverteilung Aufgrund der oft geringen Abstaumlnde sollten die Energiepfaumlhle als saisonaler Speicher (saisonaler Heiz- und Kuumlhlbetrieb) verwendet werden

Des Weiteren koumlnnen erdberuumlhrende Bauteile wie Bodenplatten Fundamente Schlitzwaumlnde etc ebenfalls fuumlr die Waumlrmegewinnung und -speicherung genutzt werden Diese so genannshyte thermische Aktivierung (siehe Kapitel 24) erfolgt durch den Einbau eines Waumlrmetaushyschersystems analog zu den Energiepfaumlhlen

22 Waumlrmeabgabesysteme und Warmwasserbereitung

221 geeignete Waumlrmeabgabesysteme fuumlr Erdwaumlrmenutzungen Auf Grund des in der Waumlrmepumpe eingesetzten Carnotlsquoschen Kreisprozesses wird der Groszligteil der benoumltigten Energie dem umgebenden Erdreich oder dem Grundwasser entshynommen und auf ein houmlheres nutzbares Temperaturniveau gebracht Fuumlr den Betrieb der Waumlrmepumpe ist dabei nur ein geringer Anteil der gesamten abgegebenen Waumlrmeenergieshymenge in Form von Strom notwendig Die Aufteilung der notwendigen elektrischen Energie zur abgegebenen Waumlrmeenergie wird durch die sogenannte Jahresarbeitszahl (JAZ) der Waumlrmepumpe ausgedruumlckt Generell gilt Je houmlher die JAZ desto mehr Energie wird dem Boden entnommen und desto weniger Strom wird durch die Waumlrmepumpe verbraucht (und somit an Heizkosten gespart)

Um eine hohe JAZ zu gewaumlhrleisten sind folgende Voraussetzungen zu beachten poundemspgeringe Vorlauftemperatur des Heizsystems ideal 35 degC poundemspgute Waumlrmedaumlmmung des Gebaumludes poundemspWaumlrmequelle mit konstanter Temperatur ideal Grundwasser und Erdreich poundemspemspoptimale Abstimmung von Waumlrmequellenanlage Waumlrmepumpe und dem Waumlrmeabga

besystem durch eine fachmaumlnnische Planung und Ausfuumlhrung shy

Nicht alle Gebaumlude sind daher fuumlr eine Beheizung mit Erdwaumlrme geeignet Hohe Vorlauftemshyperaturen der Heizungsanlage in Kombination mit einem hohen Heizwaumlrmebedarf fuumlhren zu geringen Jahresarbeitszahlen der Waumlrmepumpe und somit zu einer nicht effizienten Heizung Nur wenn dabei der verwendete Strom vollstaumlndig aus erneuerbaren Quellen gewonnen wird ist auch bei geringeren Jahresarbeitszahlen eine geringere CO -Bilanz der Waumlrmepumpenheizung im Vergleich zu fossilen Brennstoffen gegeben

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Da eine Korrelation zwischen der Vorlauftemperatur (VLT) bzw Nutztemperatur und der Jahresarbeitszahl (JAZ) einer Waumlrmepumpe und somit der Effizienz der Waumlrmepumpenheishyzung besteht gilt grundsaumltzlich Je niedriger die VLT des Waumlrmeabgabesystems ist desto houmlher ist die Effizienz (JAZ) der Waumlrmepumpenanlage und umso niedriger sind damit die Heizkosten Fuumlr Neubauten ist ein moumlglichst groszligflaumlchiges Waumlrmeabgabesystem (Wandheishyzung Fuszligbodenheizung Bauteilaktivierung) mit einer maximalen VLT von 35 degC zu waumlhlen Bei Altbauten wird man in der Regel auf Niedertemperatur-Radiatoren zuruumlckgreifen Diese sind fuumlr max 55 degC bis 65 degC VLT auszulegen Die JAZ einer wirtschaftlichen Waumlrmepumpenshyheizung von zB 40 (Erdwaumlrme-Sole) bezieht sich meist auf eine VLT von 35 degC

Bei alten Gebaumluden kann durch eine thermische Sanierung der Heizwaumlrmebedarf betraumlchtshylich gesenkt werden Ebenfalls ist bei der bestehenden Heizungsanlage abzuklaumlren ob durch einen verminderten Waumlrmebedarf aufgrund der Sanierung die notwendige Vorlauftempeshyratur abgesenkt werden kann Hier gilt wiederum Je geringer die Vorlauftemperatur desto effizienter arbeitet die Waumlrmepumpe

In tAbELLE 1 sind die Temperaturniveaus verschiedener Waumlrmeabgabesysteme in Abhaumlngigshykeit des Alters dargestellt Das angegebene Temperaturniveau ist fuumlr die Jahresarbeitszahl

bestandsgebaumlude Saniertes gebaumlude

Vorlauf ruumlcklauf Vorlauf ruumlcklauf

bauperiode Waumlrmeabgabeshy [deg c] [deg c] Waumlrmeabgabeshy [deg c] [deg c] system system

bis 1945 Radiator 90 70 Radiator 55 40

1946ndash1980 Radiator 70 55 Radiator 45 35



nach 2001 Fuszligbodenshy 40 30 Fuszligbodenshy 32 28 heizung heizung

des Waumlrmepumpensystems von groszliger Bedeutung


tab 1 zuordnung der Waumlrmeabgabeshysysteme zum dershyzeitigen gebaumlushydebestand und zum sanierten gebaumludebestand Publizierbarer Endshybericht zu Projekt GEO-Pot4

4 Ostermann V Goumltzl G Steckler P Zottl A Heimrath R Novak A amp Kalashysek Robert (2010) GEOshyPot ndash Seichtes Geothermie Potenzial Oumlsterreichs Uumlberregishyonale interdisziplinaumlre Potenzialstudie zur Erhebung und Darstelshylung des oberflaumlchenshynahen geothermischen Anwendungspotenshyzials auf Grundlage eines regelmaumlszligigen Bearbeitungsrasters Publizierbarer Endbericht Programm Energie der Zukunft

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222 Waumlrmepumpe und Warmwasserbereitung Alle Waumlrmepumpen egal welche Waumlrmequelle sie nutzen koumlnnen sowohl zur Bereitstellung von Raumwaumlrme als auch zur Warmwasserbereitung genutzt werden Aufgrund der houmlheren Warmwassertemperaturen (etwa 55ndash60 degC) ergeben sich jedoch geringere Jahresarbeitsshyzahlen als beim reinen Heizbetrieb Die hohe Warmwassertemperatur von 60 degC ist aufgrund des gesetzlich vorgeschriebenen Legionellenschutzes bei vielen Anlagen besonders bei Schulen und Sportstaumltten notwendig

Die Waumlrmepumpe kann dabei als reine Heizungswaumlrmepumpe als Heizungswaumlrmeshypumpe mit Warmwasserbereitung oder als reine Warmwasserwaumlrmepumpe betrieben werden Je nach Einsatzbereich aumlndert sich die Effizienz der Waumlrmepumpe Waumlhrend die Heizungswaumlrmepumpe fuumlr eine Heizungsvorlauftemperatur von 35 degC ausgelegt wird liefert sie bei Warmwasserbereitung houmlhere Temperaturen von ca 55 degC fuumlr den Boiler Sollte jedoch Warmwasser uumlber 60 degC erzeugt werden muss entweder mit einem Elektroheizstab oder mit einer speziellen Waumlrmepumpe (Hochtemperashytur-Waumlrmepumpe bzw Waumlrmepumpe mit einem Heiszliggaswaumlrmetauscher) nachgeholshyfen werden Wie einleitend bereits beschrieben nimmt die Effizienz der Waumlrmepumpe bei hohen Temperaturen ab Wenn zum Beispiel in sehr gut gedaumlmmten Gebaumluden der Anteil der Energie fuumlr das Warmwasser im Verhaumlltnis zur Energie fuumlr die Raumheizung zunimmt sinkt die Effizienz der Waumlrmepumpe um bis zu 20ndash30

Weitere Informationen zum Thema Waumlrmepumpen und Warmwasser finden Sie in den Technologieleitfaumlden der Stadt Wien bdquoWaumlrme pumpen ndash zur energieeffizienten Waumlrmevershysorgungldquo und bdquoWarmwasser ndash effizient bereitstellenldquo5

23 nutzung von Erdreich und grundwasser zum kuumlhlen und Speichern

231 kuumlhlen mit Erdreich und grundwasser Der Untergrund kann nicht nur zum Heizen sondern auch zum Kuumlhlen von Gebaumluden vershywendet werden Durch steigende mittlere Temperaturen im Jahresdurchschnitt bekommt diese Eigenschaft des Untergrunds einen immer houmlheren Stellenwert Bei gewerblichen Gebaumluden steht dabei nicht nur die Raumkuumlhlung sondern auch die Kuumlhlung von zB Servershyraumlumen Kuumlhllagern etc im Vordergrund

Besonders energieeffizient ist dabei die sogenannte freie Kuumlhlung ndash im Englischen bdquoFree Coolingldquo Die fuumlr den Heizbetrieb notwendige Waumlrmepumpe wird dabei umgangen und die uumlberschuumlssige Raumwaumlrme direkt uumlber einen Waumlrmetauscher an das Erdreich abgegeben Das im Gebaumlude vorhandene Waumlrmeabgabesystem (Fuszligboden- oder Wandheizung) arbeitet dann als Kuumlhlelement alternativ dazu koumlnnen auch andere Kuumlhlelemente wie Kuumlhldecken verwendet werden Die im Sommer an das Erdreich abgegebene Waumlrme laumldt den Untergrund thermisch auf und fuumlhrt damit im Winter zu einer Effizienzerhoumlhung der Waumlrmepumpe da im Erdreich mehr gespeicherte Waumlrme zur Verfuumlgung steht Der Waumlrmeeintrag hilft zudem dem Erdreich sich nach dem Winter rascher zu regenerieren

Bei hohem Kuumlhlenergiebedarf des Gebaumludes reicht eine freie Kuumlhlung in der Regel nicht aus und es muss zu konventionellen Kuumlhlanwendungen mittels Kuumlhlanlagen oder reversiblen Waumlrmepumpen gegriffen werden Dabei wird ebenfalls die entstehende Abwaumlrme uumlber die Waumlrmequellenanlage in das Erdreich eingespeist Im Vergleich zur freien Kuumlhlung muss dabei auch die in der Kuumlhlanlage verwendete elektrische Energie abgefuumlhrt werden

5 Online verfuumlgbar unter

stadtentwicklung energieplanungpdf waermepumpen leitfadenpdf https wwwwiengvatstadt entwicklungenergie planungpdfleitfadenshywarmwasserpdf

httpswwwwiengvat

Sehr haumlufig wird zur Kuumlhlung Grundwasser herangezogen meist handelt es sich dabei um gewerbliche Nutzungen Aufgrund der hohen Waumlrmespeicherkapazitaumlt kann Wasser viel Waumlrme aufnehmen und abtransportieren Uumlber einen Waumlrmetauscher wird dabei die Uumlberschusswaumlrme direkt an das entnommene Grundwasser getauscht Fuumlr Raumkuumlhlungen bietet sich wiederum als kostenguumlnstige Variante die freie Kuumlhlung an bei hohem Kuumlhlbeshydarf kommen konventionelle Kuumlhlanlagen zum Einsatz Welche Grundwassermenge thershymisch genutzt werden darf und die dabei entstehende maximale Temperaturerhoumlhung des thermisch genutzten Wassers wird von der Behoumlrde vorgegeben Reine Kuumlhlanwendungen und damit eine einseitige thermische Belastung des Grundwasserkoumlrpers werden zusehends nicht mehr bewilligt da eine ausgeglichene thermische Bilanz des Untergrunds angestrebt wird


Abb 7 Schematische Darstellung einer Waumlrmepumpenshyanlage mit Erdshywaumlrmesonden die zum Heizen und zur energiespashyrenden passiven kuumlhlung genutzt wird Quelle Bundesvershyband Waumlrmepumshypen eV

232 Der untergrund als Waumlrmespeicher Der Untergrund besitzt neben seiner Waumlrmeleitfaumlhigkeit auch eine Faumlhigkeit zur Waumlrmespeishycherung wodurch sowohl Sedimente und Gesteine als auch das Grundwasser im Untergrund daher als Waumlrmespeicher herangezogen werden koumlnnen Diese Eigenschaft wird durch den Faktor der Waumlrmespeicherkapazitaumlt ausgedruumlckt Je nach Zusammensetzung kann das Erdreich mehr oder weniger Energie speichern Uumlberschusswaumlrme kann dabei ohne technishyschen Mehraufwand in die bestehende Waumlrmequellenanlage eingeleitet werden Aufgrund der houmlheren Temperaturen der Sole gegenuumlber dem Erdreich wird Waumlrme an dieses abgeshygeben Nach diesem Prinzip erfolgt eine Einspeicherung von Waumlrme uumlber mehrere Wochen bis Monate ohne groszlige Verluste und ohne chemische oder mechanische Veraumlnderungen Geothermische Speicher koumlnnen so den zeitlichen Versatz zwischen hoher Solarstrahlung im Sommer mit niedrigem Heizenergiebedarf und hohem Heizenergiebedarf im Winter ausgleishychen Als uumlberschuumlssige Waumlrme kann dabei sowohl Solarstrahlung aus zB solarthermischen Kollektoren als auch Abwaumlrme aus Industrie und Gewerbe in geothermische saisonale Speishycher eingebracht werden Die vollstaumlndige Nutzung erneuerbarer Energie durch saisonale

kAPItEL 2 kAPItEL 3 Technik der Erdwaumlrmegewinnung fuumlr Heizen und Kuumlhlen Planung von Erdwaumlrmeheizungsshy und shykuumlhlanlagen

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Speicherung ist somit ohne groszligen Mehraufwand moumlglich und fuumlhrt zu einer Steigerung der Effizienz solcher Anlagen

Es gibt mehrere Arten von unterirdischen thermischen Energiespeichern Welche Art fuumlr einen Standort geeignet ist haumlngt von der Zusammensetzung der Gesteinsmatrix sowie vom Vorhandensein von (stroumlmendem) Grundwasser ab Neben technischen Bauwerken wie Erdbecken- oder Behaumllterwaumlrmespeicher aus zB Stahlbeton werden hauptsaumlchlich Erdwaumlrmesondenfelder sowie stehende und oumlrtlich begrenzte Grundwasserkoumlrper (Aquifere) als Speicher verwendet

poundemspemspErdwaumlrmesondenfelder koumlnnen sowohl als Waumlrmequellen und -senken dienen sie koumlnnen dabei ohne zusaumltzliche Kosten als saisonaler Speicher herangezogen werden Der Speicher wird dabei je nach Jahreszeit beshyoder entladen und stellt damit Kaumllte oder Waumlrme bereit

poundemspemspAquiferspeicher nutzen wasserfuumlhrende Schichten (Aquifere) im Untergrund in denen das enthaltene Wasser nicht oder kaum flieszligt Das umgebende Gestein leitet die Waumlrme schlecht und wirkt dadurch wie eine Isolation fuumlr die eingeleitete Waumlrme

24 thermische Aktivierung von bauteilen

241 thermische Aktivierung im Hochbau Die thermische Aktivierung von Betonbauteilen ist bereits seit Mitte der 1970er-Jahre beshykannt und wird im Hochbau erfolgreich eingesetzt Aufgrund der guten Waumlrmeleitfaumlhigkeit (λ = 23 Wm K Stahlbeton) eignen sich Betonbauteile hervorragend als Waumlrmeaufnahme- und Waumlrmeabgabesysteme In den letzten Jahren kommen daher vermehrt Heiz- bzw Kuumlhldeshycken speziell bei Buumlro- und Verwaltungsgebaumluden aber auch im Wohnbau zum Einsatz In den Betondecken eingelegte KunststoffshyRohrregister bdquoaktivierenldquo diese Bauteile thermisch geben im Heizbetrieb Waumlrme ab und nehmen bei Kuumlhlbedarf Waumlrme auf

Diese aktivierten Bauteile lassen sich gut mit einer Waumlrmepumpe und einer geothermischen Waumlrmegewinnungsanlage koppeln Der Heizwaumlrmebedarf kann so uumlber Waumlrmepumpe und Waumlrmeentzug uumlber Erdwaumlrmesonden aus dem Boden oder direkt aus dem Grundwasser geshydeckt werden Bei Buumlro- und Verwaltungsgebaumluden ist im Sommer meist ein hoher Kuumlhlbeshydarf gegeben Hier zeigen solche Systeme ihre Staumlrke weil sie Kuumlhlleistung zu einem Bruchshyteil der Kosten von herkoumlmmlichen Klimaanlagen bereitstellen indem sie den Untergrund als Waumlrmesenke nutzen Bei guter Planung und unter entsprechenden Voraussetzungen erfolgt im bereits beschriebenen Freecooling-Modus ohne den Einsatz der Waumlrmepumpe nur mit Hilfe von Umwaumllzpumpen die gesamte Kuumlhlung

242 thermische Aktivierung erdberuumlhrender bauteile Auch im Bereich der Fundamentierung koumlnnen massive erdberuumlhrte Betonteile wie Pfaumlhle oder Schlitzwaumlnde zusaumltzlich thermisch genutzt werden Alle Arten von massiven Betonshyteilen werden dabei mittels einbetonierten KunststoffshyWaumlrmetauschern bdquogeothermisch bewirtschaftetldquo nutzen also als Waumlrmequelle Erdwaumlrme oder Grundwasser und sind im Norshymalfall mit einer Waumlrmepumpe gekoppelt Das bedeutet Erdverbundene Betonteile nehmen im Heizbetrieb Waumlrme aus der Erde auf und geben diese an die Waumlrmepumpe ab im Kuumlhlbeshytrieb nehmen sie Waumlrme auf Eine saisonale Pufferung von Waumlrmeenergie ist somit moumlglich Die Groumlszlige dieses Energiepuffers haumlngt vom Volumen der aktivierten Bauteile ab Die Kombination von Beton und Erdwaumlrme hilft so mit die Betriebskosten von Gebaumluden zu senken Energie zu sparen und weitere CO

2-Emissionen zu vermeiden

3 Planung von ErdwaumlrmEhEizungs-und -kuumlhlanlagEn

31 Planungsablauf bei Erdwaumlrmeanlagen

Im generellen Planungsablauf einer Waumlrmepumpenheizung mit geothermischer Waumlrmequel-lenanlage sind im Vorfeld folgende Punkte durch Fachplaner abzuklaumlren

Energiebedarf des geplanten gebaumludes (monatsbezogene grund- und Spitzenlasten des Heiz- und kuumlhlbedarfs)

geothermisches nutzungspotenzial des jeweiligen Standorts (Energiedargebot)

Spezifische lithologische hydrogeologische und klimatische Bedingungen ----

Welche Energietraumlger stehen zur Verfuumlgung (Grundwasser Erdreich)

beeintraumlchtigung der umwelt oder der rechte Dritter ndash rechtliche rahmenbedingungen

technische nutzung des Erdwaumlrmedargebotes

Welche Waumlrmequelle soll erschlossen werden ----

Welche Waumlrmequellenanlage ist fuumlr das Projekt geeignet

Einhaltung gesetzlicher Bestimmungen ----

Beeintraumlchtigung oder Verletzung weder oumlffentlicher noch fremder Rechte (Thermische Reichweite Energetische Jahresbilanz)

Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen

Welche Investitionskosten sind zu erwarten ----

Wie hoch sind die Betriebskosten ----

Wie hoch ist das Energiepreisniveau im Vergleich zu konventionellen Heizsystemen


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kAPItEL 3 Planung von Erdwaumlrmeheizungsshy und shykuumlhlanlagen


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32 Wahl der Waumlrmequellenanlage

321 Entscheidungsparameter Die Wahl der Waumlrmequellenanlage richtet sich einerseits nach den oumlrtlichen Gegebenheiten und andererseits nach standortunabhaumlngigen Parametern Ziel ist es unter Beruumlcksichtishygung der gegebenen Randbedingungen die oumlkologisch und oumlkonomisch sinnvollste Waumlrmeshyquelle zu waumlhlen Wichtige Kriterien sind

Grundstuumlcksgroumlszlige Verbauungsdichte GeologischeHydrogeologische Verhaumlltnisse Lage des Grundstuumlcks (eben Hanglage) Zugaumlnglichkeit (z B fuumlr Bohrgeraumlte) Nutzung des Gebaumludes Thermischer Gebaumludestandard Genehmigungsfaumlhigkeit (z B bezuumlglich Grundwassernutzung) Investitionsbereitschaft

Die Wahl von Art und Groumlszlige der Waumlrmequellenanlage spielt fuumlr den einwandfreien und wirtschaftlichen Betrieb der Waumlrmepumpe eine entscheidende Rolle und ist entsprechend sorgfaumlltig durchzufuumlhren Eine Unterdimensionierung der Waumlrmequellenanlage wirkt sich negativ auf die erzielbare Jahresarbeitszahl der Waumlrmepumpe und die Waumlrmequellenanlage selbst aus

Generell gilt

Waumlrmepumpe nicht uumlberdimensionieren Eine Uumlberdimensionierung der Waumlrmeshypumpe fuumlhrt zu geringen Laufzeiten und zu haumlufigen Einshy und Ausschaltzyklen dies wiederum fuumlhrt zu einer reduzierten Lebensdauer des Geraumltes

Waumlrmequellenanlage nicht unterdimensionieren Eine Unterdimensionierung der Quellenanlage (zB zu kurze Erdwaumlrmesonde) fuumlhrt zu einer zu starken Belastung aufshygrund der zu hohen Entzugsleistung

Unabhaumlngig von der Art der Waumlrmequelle ist zur Dimensionierung der Waumlrmequellenanlage die Kaumllteleistung bzw Waumlrmeentzugsleistung des Verdampfers der Waumlrmepumpe maszliggeshybend Da die Waumlrmepumpe ihrerseits auf Grundlage der gewaumlhlten Waumlrmequelle festgelegt wird ist die Waumlrmequelle ggf zunaumlchst grob vorzudimensionieren und dann anhand der Leistungsdaten der gewaumlhlten Waumlrmepumpe genau auszulegen Ist eine aktive Kuumlhlung geshyplant so ist die Leistung der Waumlrmequelle gegebenenfalls groumlszliger zu waumlhlen da im reversibshylen Betrieb der Waumlrmepumpe neben der Kuumlhllast auch die elektrische Leistung ins Erdreich abgegeben wird

322 Systemauswahl Wie in 321 beschrieben wird die Wahl der richtigen Erdwaumlrmequelle von vielen Fakshytoren beeinflusst Neben dem Heizwaumlrme- und Warmwasserbedarf sowie der Heishyzungstemperatur spielen auch die klimatischen und geologischen Gegebenheiten die rechtlichen Rahmenbedingungen und nicht zuletzt das vorhandene Investitionsbudget eine wesentliche Rolle

Folgende Uumlberlegungen sollten dabei beruumlcksichtigt werden

Die grundwasserwaumlrmepumpe bietet wenn am Objektstandort moumlglich einen guten Kompromiss zwischen Investitionskosten und Betriebskosten Die Errichtungskosshyten der Brunnenanlage sind guumlnstiger als die der Erdwaumlrmesonde Die Betriebskosshyten sind aufgrund der etwas houmlheren Pumpleistung nur geringfuumlgig houmlher als bei der Erdwaumlrmesonde jedoch guumlnstiger als die der Luftwaumlrmepumpe Soll Grundwasser als Waumlrmequelle herangezogen werden so ist vor Beginn einer detaillierten Planung dessen Verfuumlgbarkeit am Objektstandort in ausreichender Menge und in entsprechenshyder Qualitaumlt zu uumlberpruumlfen Weiters ist die Genehmigungsfaumlhigkeit der Anlage mit der zustaumlndigen Behoumlrde abzuklaumlren (siehe Kapitel 611)

Erdwaumlrmesonden bedingen houmlhere Investitionskosten als Flachkollektoren jedoch geringere Betriebskosten Bei richtiger Auslegung sind sie langlebig sicher im Betrieb und wartungsarm Sie eignen sich fuumlr Neubauten aber auch fuumlr Bestandsgebaumlude wenn die Heizungstemperatur nicht zu hoch ist Die Umstellung von Radiatoren auf eine NiedertemperaturshyFlaumlchenheizung ist nicht zwingend erforderlich fuumlhrt jedoch zu effizienteren Anlagen Die Genehmigungspflicht einer Erdwaumlrmesondenanlage ist mit den zustaumlndigen Behoumlrden abzuklaumlren (siehe Kapitel 612)

flachkollektoren verlieren zusehends an Bedeutung da bei den heutigen Grundshystuumlcksgroumlszligen meist die Bereitstellung der benoumltigten Entzugsflaumlche nicht moumlglich ist Oft uumlberwiegen auch die damit verbundenen Nachteile (Entzugsflaumlche darf weder versiegelt noch uumlberbaut werden und es ist keine saisonale Waumlrmespeicherung moumlgshylich) Die Investitionskosten fuumlr die Erschlieszligung der Waumlrmequelle sind im Vergleich zu den anderen Systemen gering des Weiteren ist meist kein Genehmigungsverfahren notwendig Eine allfaumlllige Genehmigungspflicht einer Flachkollektoranlage ist mit den zustaumlndigen Behoumlrden abzuklaumlren (siehe Kapitel 613)

Als Alternative zu Flachkollektoren werden vielfach Erdwaumlrmekoumlrbe verwendet sie beshynoumltigen bei gleicher Leistung weniger Flaumlche Bei der Auslegung dieser Anlagen sollte jedoch eine realistische Entzugsleistung je Korb angesetzt werden

Bei groszligvolumigen Gebaumluden mit vielen erdberuumlhrenden Bauteilen ist eine thermische bauteilaktivierung anzustreben Ohne groszligen Mehraufwand kann zusaumltzlich Waumlrme gewonnen und gespeichert werden Massive Bauteile wie Fundamentplatten und Pfaumlhshyle koumlnnen so als Waumlrmeuumlbertraumlger und thermische Speichermasse genutzt werden

Die Entscheidung welches Waumlrmequellensystem schlussendlich zum Einsatz kommt sollte dabei einerseits auf Basis einer Gesamtkostenrechnung uumlber die Nutzungsdauer der Heishyzungsanlage (Waumlrmepumpe ca 20 Jahre und Erdwaumlrmesonden ca 50 Jahre6) und anderershyseits auf einer technischen und rechtlichen Machbarkeit getroffen werden Dabei kann vorab die Potenzialkarte als Hinweis fuumlr eine moumlgliche geothermische Nutzung herangezogen werden SIEHE DAzu kAPItEL 83

33 Energiebedarfsermittlung

Eine genaue Bedarfsverteilung der Heizshy und Kuumlhlenergie muss vor Beginn der Planung der Waumlrmequellenanlage bekannt sein um sie mit dem technisch realisierbaren Erdwaumlrmeshypotenzial am Standort abgleichen zu koumlnnen Waumlhrend bei Einfamilienhaumlusern eine Heizshylastberechnung zur Dimensionierung der Heizungsanlage ausreicht ist bei groszligvolumigen


6 shygeothermiechfileadshyminuser_uploadgeo technnotiz1deutsch pdf zuletzt besucht 300516

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Gebaumluden eine thermische Gebaumludesimulation zweckmaumlszligig bzw notwendig Ausgehend von den standortbezogenen jaumlhrlichen Ganglinien der Auszligentemperatur muumlssen vor allem die monatsbezogenen Grund- und Spitzenlasten des Heiz- und Kuumlhlbedarfs [kWhMonat] bzw [kWMonat] ermittelt werden Zur Bestimmung des Nutzenergiebedarfs sind neben den klimatischen Randbedingungen vor allem die bautechnischen Gebaumludedaten (Geometrie der Gebaumlude Baualter Sanierungsgrad und Bruttogeschoszligflaumlche) von Bedeutung

Der Bedarf an Heiz- und Kuumlhlenergie kann mit verschiedenen AnsaumltzenMethoden berechshynet werden

Heizlastberechnung Die Heizlast fruumlher auch als Waumlrmebedarf bezeichnet ist der erforderliche Waumlrmeshystrom (Waumlrmezufuhr) welcher bei der oumlrtlich tiefsten Auszligentemperatur im Winter die gewuumlnschte Gebaumlude-Raumtemperatur sicherstellt Sie ist ein Momentanwert fuumlr den Extremfall (kaumlltester Wintertag) und quantifiziert den stationaumlren Gleichgewichtszustand zwischen bdquoabflieszligenderldquo und zugefuumlhrter Waumlrshyme unter den gegebenen Bedingungen wie Auszligentemperatur Innentemperatur und Daumlmmeigenschaften der waumlrmeuumlbertragenden Umfassungsflaumlchen Als Waumlrmevershyluste werden dabei die Transmissionswaumlrmeverluste sowie die Luumlftungswaumlrmeverluste angesetzt Die fuumlr ein Gebaumlude errechnete Heizlast wird fuumlr die Dimensionierung der Waumlrmepumpe herangezogen

Energieausweis (EA) Mit dem Energieausweis wird auf Basis der Waumlrmedurchgangskoeffizienten [W(msup2 K)]

auch als U-Wert bekannt ndash die monatlichen Gewinne und Verluste an Waumlrmeenergie bilanziert Er ist somit ein Maszlig fuumlr die thermische Qualitaumlt der Gebaumludehuumllle und gibt mit der Energiekennzahl [kWhmsup2 a] an wie viel Waumlrmeenergieverbrauch ein spezifishysches Gebaumlude verbraucht Der Energieausweis wird jedoch mit einer Norminnentemshyperatur von 20 degC berechnet und gibt somit nicht das reale Benutzerverhalten wieder Die Ergebnisse des EA sind daher nicht fuumlr die Dimensionierung der Waumlrmepumpe geeignet

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thermische gebaumludesimulation (tgS) Mit Programmen zur thermischen Gebaumludesimulation koumlnnen auf Basis von instatioshynaumlren Berechnungsverfahren detaillierte Informationen uumlber das dynamische Energieshybedarfsverhalten eines Gebaumludes berechnet werden Es wird der genaue Leistungs- und Energiebedarf fuumlr Raumheizung Raumkuumlhlung Klimatisierung und Beleuchtung ermittelt Im Unterschied zu den vorherigen Methoden ist die Bilanzierung des Energiebedarfs in jedem Zeitschritt (zB 1 h) moumlglich

34 Spezielle Planungsaspekte fuumlr den groszligvolumigen Wohnbau

Durch die dichte Verbauung und die Versiegelung groszliger Flaumlchen in Staumldten ist eine obershyflaumlchennahe Nutzung in Form von horizontalen Kollektoren aufgrund der nicht vorhandenen Flaumlchen bzw der unterbundenen Sonneneinstrahlung nicht oder nur eingeschraumlnkt moumlglich Im Stadtgebiet ist daher meist nur der Einsatz von vertikalen Kollektoren (Erdwaumlrmesonden) moumlglich Diese sind platzsparend und koumlnnen unter versiegelten und uumlberbauten Flaumlchen errichtet werden In groszligvolumigen Gebaumluden kann der hohe Heiz- und Kuumlhlenergiebedarf durch mehrere in Sondenfeldern angeordnete Vertikalsonden gedeckt werden

Erdwaumlrmesondenfelder bestehen uumlblicherweise aus mehr als fuumlnf Erdwaumlrmesonden Wie bereits In kAPItEL 232 beschrieben eignen sich Erdwaumlrmesondenfelder auch zur saisonalen Speicherung von Uumlberschusswaumlrme (z B aus der Solarthermie) oder aus der passiven Kuumlhshylung der Gebaumlude Die im Sommer eingespeiste Uumlberschusswaumlrme wird im Winter wieder entnommen was zu einer ausgeglichenen thermischen Bilanz des Untergrundes uumlber das Jahr beitraumlgt Beim Bau von Erdwaumlrmesondenfeldern ist die Kenntnis der (hydro)geologischen und thermishyschen Eigenschaften des Untergrunds von zentraler Bedeutung um eine optimale Ausleshygung der Sonden hinsichtlich Anzahl Laumlnge und Abstand zu gewaumlhrleisten Neben einem (hydro)geologisch-geotechnischen Gutachten zur Bestimmung des Aufbaus des Untershygrunds und dessen thermischer Parameter ist eine Simulation des thermischen Verhaltens von Untergrund und Sonden ratsam Oft wird dies auch von der Behoumlrde vorgeschrieben Bei Erdwaumlrmesondenfeldern ist die Errichtung einer Testsonde zur Durchfuumlhrung eines so genannten Thermal Response Tests (TRT) ratsam Mit einem TRT kann die Waumlrmeleitfaumlhigshykeit und der Bohrlochwiderstand des Systems SondendashErdreich und somit die Qualitaumlt der Sondenherstellung bestimmt werden Beim Test wird eine konstant aufgeheizte Waumlrmeshytraumlgerfluumlssigkeit in die Testsonde eingebracht und der resultierende Temperaturanstieg am Ruumlcklauf der Erdwaumlrmesonde gemessen

Ist am Standort Grundwasser in ausreichender Menge und Qualitaumlt vorhanden ist der Einshysatz von grundwasserwaumlrmepumpen zur Deckung des Energiebedarfs von groszligvolumigen Gebaumluden moumlglich Hierbei ist allerdings zu beachten dass es durch eine unkoordinierte thermische Nutzung des Grundwassers durch zahlreiche kleine Einzelanlagen oder einzelne Groszliganlagen sehr rasch zu einer gegenseitigen Beeinflussung und somit zu einer ineffizienshyten und nicht nachhaltigen Bewirtschaftung kommen kann In manchen Staumldten fuumlhrt diese Situation bereits zur Diskussion eines Verbots von thermischen Grundwassernutzungen vor allem nur fuumlr Kuumlhlzwecke

35 Spezielle Planungsaspekte fuumlr Sanierungen

Dank geringem Platzbedarf kann eine Waumlrmepumpenheizung in der Altbausanierung eine gute Loumlsung sein Allerdings muumlssen auch hier die entsprechenden Rahmenbedingungen eingehalten werden Hohe Effizienz und damit niedrige Betriebskosten sind nur bei Gebaumlushyden mit niedrigem Heizwaumlrmebedarf und einer Niedertemperaturheizung zu erreichen Bei alten Gebaumluden ist es vor dem Einbau einer Waumlrmepumpenheizung meistens notwendig den Energieverbrauch durch thermische Sanierungsmaszlignahmen zu senken Ebenso ist bei den bestehenden Heizkoumlrpern abzuklaumlren ob die erforderliche Waumlrmemenge auch mit geshyringeren Vorlauftemperaturen in die Raumlume eingebracht werden kann Vorlauftemperaturen uumlber 35 degC machen die Waumlrmepumpe ineffizienter

Fuumlr schwer erreichbare Haumluser ist die Waumlrmepumpe ideal da sie auf keine Brennstoffzulieshyferungen angewiesen ist Von einer Luftwaumlrmepumpe in der Altbausanierung ist sowohl aus oumlkologischer Sicht als auch aus Kostengruumlnden abzuraten

Bei Sanierungen ist die parallele Nutzung der bestehenden Heizung zusammen mit einer neuen Waumlrmepumpe moumlglich Die Waumlrmepumpe deckt die Grundlast an den meisten Tagen des Jahres alleine ab Zur Spitzenlastabdeckung wird die bestehende Heizungsanlage dazugeschaltet Durch eine effiziente Abstimmung koumlnnen die Beshytriebskosten optimiert werden Der Betrieb von zwei Heizsystemen bedeutet allershydings houmlhere Service- bzw Wartungskosten


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36 Hinweise fuumlr Planung und Ausfuumlhrung der Waumlrmequellenanlagen

361 grundwasserwaumlrmepumpe Bei der thermischen Grundwassernutzung wird das aus dem Entnahmebrunnen entnommeshyne Wasser im Waumlrmetauscher der Waumlrmepumpe abgekuumlhlt bzw aufgewaumlrmt und dann dem Grundwasserkoumlrper uumlber einen Schluckbrunnen wieder zugefuumlhrt Fuumlr einen wirtschaftlichen Betrieb einer solchen Waumlrmegewinnungsanlage ist ein geeigneter Grundwasserkoumlrper Vorshyaussetzung Zur Beurteilung der Eignung muumlssen dessen hydrogeologischen und hydrocheshymischen Eigenschaften bekannt sein

Hydrologischehydraulische Parameter Die Ergiebigkeit des Entnahmebrunnens muss auch fuumlr eine Dauerentnahme waumlhrend einer starken Frostperiode gegeben sein Dies ist durch einen Pumpversuch nachzushyweisen Dabei wird die Pumprate in mehreren Stufen bis zum geplanten Nenndurchshyfluss gesteigert und die dabei entstehende Absenkung des Wasserspiegels im Brunnen gemessen Die houmlchste Pumprate (etwa 12shyfacher Nenndurchfluss der Waumlrmepumpe) ist als Dauerstufe uumlber mindestens 48 Stunden zu halten Die Ergebnisse des Pumpshyversuches zeigen ob der Entnahmebrunnen zur Versorgung der Waumlrmepumpe auch im Dauerbetrieb geeignet ist Weiters kann auf die Versickerungsfaumlhigkeit des Bodens ruumlckgeschlossen werden

Hydrochemische und physikalische Parameter Die Temperatur und die chemische Zusammensetzung des Grundwassers haben einen wesentlichen Einfluss auf den Betrieb und die Lebensdauer der Anlage Eine hydrocheshymische Untersuchung des Grundwassers ist daher noch vor Planungsbeginn unbedingt erforderlich

Hinsichtlich der hydrochemischen Beschaffenheit sind besonders stark eisen- und manganhaltige Waumlsser zu nennen da diese in Verbindung mit Sauerstoff zu Ausfaumllshylungen neigen Diese Ausfaumlllungen koumlnnen zu Verlegungen von Brunnenfiltern Foumlrshyderpumpen Waumlrmetauschern und Versickerungsanlagen fuumlhren und damit erhebliche Betriebsprobleme verursachen

Um hier groumlszligere Probleme im Betrieb der Anlage zu vermeiden sollte bei ungeeigneten hydrochemischen Parametern von einer thermischen Nutzung abgesehen werden Bei geshyringfuumlgigen Uumlberschreitungen einzelner Parameter bieten sich folgende Moumlglichkeiten

Anordnung eines Zwischenkreiswaumlrmetauschers direkte Ruumlckgabe des thermisch veraumlnderten Wassers in den Grundwasserkoumlrper

Die Versickerung des Ruumlckgabewassers hat in jedem Fall getrennt von der Versickerung von Niederschlagswaumlssern zu erfolgen

In der Planungsphase von thermischen Grundwassernutzungsanlagen sind folgende Ershyfordernisse und Aspekte zu beruumlcksichtigen

Ermittlung der Reichweite der Absenkung bzw der Aufhoumlhung des Grundwasserspieshygels beim Entnahmebrunnen bzw beim Schluckbrunnen Ermittlung der Temperaturveraumlnderung des Grundwassers im Bereich der Wiedereinshyleitung und des temperaturbeeinflussten Bereiches Eine Ausfuumlhrung des Ruumlckgabebrunnens als Sickerschacht ist gegenuumlber einem Bohrshybrunnen anzustreben nur in Ausnahmefaumlllen soll eine direkte Einleitung in den Grundshywasserkoumlrper erfolgen (Gefahr der Verockerung und Versinterung im Sickerschacht durch Luftzutritt)

Oberflaumlchennahe Abdichtung der Bohrungen wasserdichte Ausfuumlhrung des Brunshynenkopfes bzw eines vorhandenen Vorschachtes um einen Schadstoffeintrag in den Grundwasserkoumlrper zu verhindern Eine Wiederherstellung der das Grundwasser schuumltzenden und trennenden Bodenshyschichten (Deckschichten) nach Fertigstellung einer Bohrung ist zu gewaumlhrleisten Berechnung des erforderlichen Mindestabstandes zwischen dem Entnahmebrunnen und dem Schluckbrunnen zur Vermeidung eines hydraulischen undoder thermischen Kurzschlusses die Anlage ist entsprechend den standortspezifisch moumlglichen Abstaumlnshyden entsprechend anzupassen Nachweis der Ergiebigkeit des Entnahmebrunnens und der Sickerleistung des Schluckshybrunnens Um die thermischen und hydraulischen Wirkungen auf benachbarte Grundwassernutshyzungen zu minimieren sind die benachbarten Anlagen zur erheben und in der Planung zur beruumlcksichtigen Dazu ist eine einfache Thermalfahnenberechnung nach Ingele durchzufuumlhren (OumlWAV-Regelblatt 207 SIEHE kAPItEL 104)

362 Erdwaumlrmesonden Erdwaumlrmesonden bestehen aus einem Waumlrmetauscher der in eine vertikale Bohrung eingeshybaut und mittels einer aushaumlrtenden Verpresssuspension thermisch an den Untergrund angeshykoppelt wird Als Waumlrmetauscher kommt dabei ein Rohrbuumlndel (Einfach- oder Doppel-U-Sonshyde) oder ein koaxiales Rohr (Auszligenrohr mit Innenrohr) aus Polyethylen zum Einsatz

bemessung Die notwendige Laumlnge der Erdwaumlrmesonden ist generell so zu bemessen dass es bei geplanter Leistungsentnahme bzw -ruumlckspeisung zu keiner unzulaumlssigen Abkuumlhlung bzw Erwaumlrmung der unmittelbaren Sondenumgebung kommt Dies ist erfuumlllt wenn die mittlere Temperatur des Waumlrmetraumlgermediums beim Heizen ndash15 degC nicht unterschreitet bzw beim Kuumlhlen die maximale Temperatur von 30 degC nicht uumlbersteigt

Gemaumlszlig OumlWAV-Regelblatt 207 kann die Bemessung nach folgenden Methoden erfolgen Bemessung nach Betriebsdaten bestehender Anlagen Bemessung nach der VDI 4640 ndash Thermische Nutzung des Untergrundes7

Bemessung nach SIA 3846 ndash Erdwaumlrmesonden Bemessung mittels numerischer Modellierung

Welche Methode im Einzelfall zur Anwendung kommt richtet sich nach folgenden Gesichtsshypunkten

Als rasche Vorbemessung eignet sich das Verfahren nach VDI 4640 Als Eingangsparameter sind nur die geschaumltzten Betriebsstunden der Anlage sowie eine grobe geologische Anshysprache des Sondenstandortes notwendig Die Berechnung der erforderlichen Sondenlaumlnshyge erfolgt auf Basis der spezifischen Entzugsleistung (Watt pro Laufmeter Sondenlaumlnge) Bestehen im Umfeld des geplanten Sondenstandortes bereits Anlagen mit entspreshychenden Betriebsdaten und werden dabei die laut Regelblatt vorgegebenen Temperashyturgrenzwerte des Waumlrmetraumlgermediums eingehalten so kann nach den spezifischen Entzugsleistungen der bestehenden Anlagen bemessen werden Fuumlr kleine Anlagen mit uumlberwiegendem Heizbetrieb eignet sich die Bemessung nach SIA 38468 Voraussetzung dafuumlr ist dass die thermischen Parameter des Untershygrundes am geplanten Sondenstandort bekannt bzw mit ausreichender Genauigkeit abgeschaumltzt werden koumlnnen

7 Verein Deutscher Ingeshynieure (2010) VDI 4640 Blatt 2 ndash Thermische Nutzung des Untershygrunds ndash Erdgekoppelte Waumlrmepumpenanlagen

8 SIA (2010) SIA 3846 Erdwaumlrmesonden

Schweizer Norm (SN) Schweizer Ingenieur- und Architektenverein (SIA)

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Bei komplexeren Anlagen mit Heiz- und Kuumlhlbetrieb bzw bei Sondenfeldern ist die Bemessung mittels numerischer Modellierung durchzufuumlhren Der Modellierungszeitshyraum soll dabei die Zeit bis zum Erreichen eines neuen thermischen Gleichgewichtszushystandes abdecken Als Ergebnis der Modellrechnung wird die Temperaturganglinie des Waumlrmetraumlgermediums uumlber den gesamten Modellierungszeitraum berechnet Bei der Planung groumlszligerer Erdwaumlrmesondenfelder sollte generell ein Thermal Response Test an einer Testsonde ausgefuumlhrt werden Die Ergebnisse dieses Tests (effektive Waumlrmeleitshyfaumlhigkeit und Bohrlochwiderstand) koumlnnen direkt in der Modellrechnung uumlbernommen werden und verbessern deutlich die Ergebnisse der Berechnung Dadurch ist eine genauere und somit wirtschaftlichere Bemessung moumlglich

Die Herstellung einer Erdwaumlrmesonde gliedert sich in folgende Arbeitsschritte 1emspemspAbteufen der Sondenbohrung bis auf die geplante Tiefe Der Abstand der Bohrpunkte

zur Grundstuumlcksgrenze sollte dabei mindestens 25 m betragen der Abstand zwishyschen den Sonden sollte etwa 8 m betragen

2emspemspEinbau der wassergefuumlllten Sondenverrohrung inklusive Verpressrohr bis zur Bohrshylochsohle Wichtig dabei ist dass das Sondenbuumlndel leicht und ohne groszligen Kraftaufshywand in das Bohrloch gleitet

3emspemspVollstaumlndige und luumlckenlose Verpressung des verbleibenden Ringraumes mit vorzugsshyweise thermisch verbessertem Verpressmaterial

Zum Nachweis der Funktionsfaumlhigkeit der Sondenverrohrung werden nach dem Verpressen ein Durchflusstest sowie eine Druckpruumlfung durchgefuumlhrt Beide Tests werden protokolliert und der Baudokumentation beigefuumlgt Nach Abschluss dieser Tests werden die Sondenrohre bis zur Herstellung der horizontalen Anbindeleitung dicht verschlossen um das Eindringen von Verunreinigungen zu verhindern

363 Erdwaumlrmekollektoren flachkollektoren Erdwaumlrmekollektoren sind oberflaumlchennahe horizontal verlegte Waumlrmerohre im Erdreich die von einem frostsicheren Solegemisch durchflossen werden Voraussetzungen fuumlr die Nutzung von Erdwaumlrmekollektoren sind

ausreichend groszlige freie Grundstuumlcksflaumlchen kein oder nur geringes Gefaumllle geeignete Bodenbeschaffenheit (moumlglichst bindiger feuchter Boden)

Sind die oben genannten Anforderungen erfuumlllt stellen Erdwaumlrmekollektoren eine preisshyguumlnstige und effiziente Form der Waumlrmequelle dar Nachfolgende Planungshinweise sollten bei der Verwendung von Erdwaumlrmekollektoren vorab beruumlcksichtigt werden

Erdwaumlrmekollektoren duumlrfen nicht uumlberbaut die Oberflaumlche uumlber den Kollektoren darf nicht versiegelt werden Die Verlegetiefe liegt zwischen 12 m und 15 m (mindestens 02 m unter der Frostgrenze) Der Verlegeabstand wird uumlblicherweise zwischen 03 m und 08 m in Abhaumlngigkeit vom Durchmesser der Entzugsrohre und der Bodenart gewaumlhlt (zB 08 m bei einem Rohrshydurchmesser DN 32) Im Regelfall werden mehrere Erdwaumlrmekollektorkreise verlegt die in einem Verteiler zusammengefuumlhrt werden Die einzelnen Kreise sollten nicht laumlnger als 100 m sein und die gleichen Laumlngen aufweisen Der Abstand zur Grundstuumlcksgrenze sollte mindestens 1 m betragen ggf fordern lokale Vorschriften einen groumlszligeren Abstand Wasser- und Abwasserleitungen sind mit ausreichendem Abstand zum Kollektor zu verlegen

Erdkollektoren sind in Wien groszligteils bewilligungs- und anzeigefrei Das bedeutet dass die zustaumlndige Behoumlrde uumlber den Bau des Kollektors nicht informiert werden muss (anzeigeshyfrei) es ist auch keine Zustimmung in Form eines Bescheides notwendig (bewilligungsfrei) Achtung In Wasserschutz- und Schongebieten sowie im unmittelbaren Einzugsbereich von Trinkwasserbrunnen und -quellen ist auch hier eine wasserrechtliche Bewilligung erforderlich

37 kombination mit anderen regenerativen Quellen

Die Komponenten einer Waumlrmepumpenheizung (Waumlrmequellenanlage sowie Waumlrmepumpe) sind technisch ausgereifte und erprobte Systeme Eine hocheffiziente Waumlrmepumpe allein garantiert jedoch noch keine effiziente Waumlrmepumpenheizung Die Waumlrmepumpe ist bei der Warmwasserbereitung deutlich ineffizienter als bei der Erzeugung von Heizwaumlrme Durch die houmlheren Warmwassertemperaturen liegt die JAZ meist nur bei 25 bis 35 Eine Solaranlage fuumlr Warmwasserbereitung erreicht im Vergleich dazu eine JAZ von mehr als 20 Deshalb ist eine Kombination mit anderen regenerativen Energiequellen ideal

371 kombination mit Solarthermie Die Solaranlage kann im Jahresmittel ca 70 des Warmwasserbedarfs eines Einfamilienshyhauses decken in den Sommermonaten sogar bis zu 100 Dadurch erhoumlht sich der Anteil erneuerbarer Energie und zusaumltzlich sinken die Betriebskosten Auszligerdem kann die Waumlrmeshypumpe nach der Heizperiode abgeschaltet werden da die Warmwasserproduktion durch die Solaranlage erfolgt was wiederum die Lebensdauer der Anlage verlaumlngert Im groszligvolumigen Wohnbau hingegen ist der fuumlr die solare Nutzung vorhandene Flaumlchenshyanteil (meist Dachflaumlchen) im Vergleich zur Wohnflaumlche gering Der solare Nutzungsgrad ist daher bei weitem geringer als im Einfamilienhaus und betraumlgt etwa 30 bis 40 Bei Kombishynation mit Erdwaumlrmesondenfeldern kann die im Sommer uumlberschuumlssige Solarenergie jedoch vollstaumlndig zur Regeneration der Sonden verwendet werden

372 kombination mit Photovoltaik Eine PhotovoltaikshyAnlage hat im Gegensatz zu einer Solaranlage keinen Einfluss auf die Effizienz der Waumlrmepumpe Sie kann aber den von der Waumlrmepumpe benoumltigten Strom im Sommer oumlkologisch produzieren und der Umwelt somit bdquosauber zuruumlckgebenldquo Eine 3 kW peak PhotovoltaikshyAnlage (ca 25 msup2) erzeugt jaumlhrlich in etwa so viel Solarstrom wie eine effiziente Waumlrmepumpenheizung fuumlr ein Einfamilienhaus inklusive Warmwassershybereitung (4 Personen) verbraucht

373 kombination mit Abwaumlrme Ein groszliges Potenzial liegt in der Nutzung der sogenannten Anergie Als Anergie wird Waumlrmeshyenergie auf sehr niederem Temperaturniveau bezeichnet welche zumeist als Abwaumlrme an die Umwelt abgegeben wird Einen neuen und innovativen Loumlsungsansatz fuumlr die Nutzung dieser Energie stellt die sogenannte kalte Fernwaumlrme dar Dabei handelt es sich um ein kaltes (max 20 degC) wassergefuumlhrtes Verteilnetz welches einerseits als Senke fuumlr Abwaumlrme und andererseits als Quelle fuumlr dezentrale WasserWasser-Waumlrmepumpen dient Auf diese Weise kann jegliche Art von bis dato ungenutzter Anergie (Abwaumlrme aus Kuumlhlanlagen EDVshyKuumlhlunshygen Abwaumlrme aus Abwasser etc) in das Anergienetz eingespeist werden Gleichzeitig sind die Verteilverluste aufgrund der niedrigen Temperatur im Netz sehr gering Das Anergienetz kann mit einem Erdsondenfeld verbunden werden welches primaumlr als Speicher dient


kAPItEL 4 kAPItEL 4 Bau von Erdwaumlrmenutzungsanlagen Bau von Erdwaumlrmenutzungsanlagen

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4 Bau von ErdwaumlrmEnutzungs- anlagEn

41 Ausschreibung der Leistungen und Vergabe

Fuumlr die Ausschreibung der Leistungen welche im Zuge der Errichtung von Erdwaumlrmenutshyzungsanlagen notwendig sind gibt es weder in der Leistungsbeschreibung Verkehr und Infrastruktur (LBVI) noch in der Leistungsbeschreibung Hochbau (LBH) entsprechende Leistungsbeschreibungen Erst in der Uumlberarbeitung des LBVI ist die Aufnahme von Leisshytungsbeschreibungen fuumlr Erdwaumlrme geplant Als Grundlage fuumlr eine entsprechende Ausshyschreibung sei auf die Angebotsgrundlagen fuumlr SpezialtiefbauarbeitenBesondere Angeshybotsgrundlagen fuumlr Erdwaumlrmesondenbohrungen der VOumlBU verwiesen (siehe Kapitel 10)

42 bohrverfahren

Die Entnahme- und Schluckbrunnen einer grundwasserwaumlrmepumpenanlage werden meist als Schachtbrunnen ausgefuumlhrt Dabei werden Fertigbeton-Schachtringe im sogeshynannten Absenkverfahren auf die entsprechende Solltiefe abgesenkt Bei groumlszligeren Tiefen ist ein Vertikalfilterbrunnen meist kostenguumlnstiger Die dazu notwendige Bohrung wird als Trocken- oder Spuumllbohrung ausgefuumlhrt und wie ein konventioneller Brunnen ausgebaut

Bei der Herstellung der Bohrungen fuumlr Erdwaumlrmesonden kommen in erster Linie direkte Spuumllbohrverfahren zur Anwendung die auch im Brunnenbau eingesetzt werden Bei diesem Verfahren wird das aus dem Erdreich geloumlste Bohrgut kontinuierlich in einem Spuumllstrom an die Oberflaumlche gefoumlrdert In wechselnden Untergrundverhaumlltnissen und nicht standfesten Boumlden ist das Doppelkopfbohrverfahren weit verbreitet bei dem eine Hilfsverrohrung zur Stuumltzung des Bohrloches eingebaut wird

Anfallendes Bohrgut und die Bohrspuumllung sind fachgerecht zu entsorgen Dies gilt insbeshysondere auch fuumlr das bei Imlochhammerbohrungen ggf anfallende mit Bohrgut vermischte Grundwasser Die Moumlglichkeit der Ableitung dieses Wassers in ein Oberflaumlchengewaumlsser bzw in einen Abwasserkanal ist mit den zustaumlndigen Magistratsabteilungen abzustimmen

Abb 8 Erdwaumlrmeshybohrung

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421 Moumlgliche gefahren durch bohrungen Jede tiefere Bohrung birgt die potenzielle Gefahr einer Grundwasserverunreinigung Waumlhrend des Bohrvorgangs wird auf der Baustelle mit wassergefaumlhrdenden Schmier- und Treibstoffen umgegangen deren direktes oder indirektes Eindringen in den Untergrund unshyter allen Umstaumlnden verhindert werden muss In hochdurchlaumlssigen Grundwasserleitern mit hohen Grundwasserflieszliggeschwindigkeiten besteht die Gefahr von Spuumllungsshy und Zemenshytationsverlusten wobei Schadstoffe Eintruumlbungen sowie chemische undoder mikrobiologishysche Verunreinigungen lateral weit in das abstroumlmende Grundwasser gelangen koumlnnen Beim Durchteufen unterschiedlicher voneinander getrennter Grundwasserstockwerke besteht die Gefahr des hydraulischen Kurzschlusses zwischen Grundwasserleitern deren Grund-waumlsser unterschiedliche Spannungszustaumlnde undoder hydrochemische Zusammensetzunshygen aufweisen Im Falle einer unzulaumlnglichen Bohrlochabdichtung und der Verletzung einer ehemals schuumltzenden Grundwasseruumlberdeckung besteht generell die erhoumlhte Gefahr des ungefilterten Eintrags wassergefaumlhrdender Stoffe von der Erdoberflaumlche in den Grundwasshyserleiter hinein bzw der Verlagerung oberflaumlchennaher Schadstoffe in tiefere Bereiche

422 Maszlignahmen bei unerwarteten untergrundverhaumlltnissen Werden waumlhrend der Bohrung Untergrundverhaumlltnisse angetroffen die von den angenomshymenen Verhaumlltnissen deutlich abweichen (z B artesisch gespanntes Grundwasser Gaszushytritte Hohlraumlume quellfaumlhige Schichten Altlasten) sind sofort geeignete Erstmaszlignahmen durch die ausfuumlhrende Bohrfirma einzuleiten Ob die Erdwaumlrmesonde unter den vorliegenshyden Bedingungen eingebaut werden kann ist mit der Bohrfirma abzuklaumlren Bei Antreffen von artesischen gespannten Grundwaumlssern ist das Bohrloch in der Regel sofort abzudichten Vereinzelt koumlnnen in einigen Wiener Bezirken auch Gasvorkommen ndash auch sehr oberflaumlchenshynah ndash angebohrt werden Alle auszligergewoumlhnlichen Beobachtungen im Zuge der Bohrung z B hinsichtlich der Beschaffenheit und Farbe des Baugrunds des Geruches oder der Faumlrbung des Wassers starkes Ansteigen oder Absinken des Wasserspiegels Gasvorkommen Hohlshyraumlume im Baugrund sind zu dokumentieren Allfaumlllige notwendige Sicherungsmaszlignahmen hat das Bohrunternehmen unverzuumlglich durchzufuumlhren

423 Qualifikation der Bohrunternehmen Die Bohrarbeiten sind nach den Regeln und dem Stand der Technik auszufuumlhren Die ausfuumlhrenden Bohrunternehmen haben die Qualifikationskriterien fuumlr Bohr- und Brunnenbau gemaumlszlig der VOumlBU (Vereinigung Oumlsterreichischer Bohr- Brunnenbau- und Spezialtiefbauunternehmungen) zu erfuumlllen Um dem Sorgfaltsgrundsatz Rechnung zu tragen sind ausschlieszliglich fachkompetente Bohrfirmen zu beauftragen deren Eignung im Einzelfall zu pruumlfen ist

43 Materialien und Systemkomponenten

431 rohrmaterial fuumlr flach- und Vertikalkollektoren Fuumlr Flachshy und Vertikalkollektoren wird als Rohrmaterial heute generell Polyethylen (PE) verwendet Die Rohre sind dabei auf einen Nenndruck von 16 bar gepruumlft Vorzugsweise sind erdverlegte Waumlrmetauscherrohre mit der Materialbezeichnung PE 100shyRC zu verwenden der Zusatz RC bezeichnet dabei eine auszligerordentlich hohe Resistenz gegenuumlber langsamem Risswachstum und hohen Punktlasten auf In der Praxis hat sich die Dimension DN 32 durchshygesetzt damit die Rohre mit Elektroshy oder Polyfusionsschweiszligmuffen geschweiszligt werden koumlnnen muumlssen sie der Klasse SDR11 entsprechen Die SDR-Zahl gibt dabei das Verhaumlltnis von Rohrauszligendurchmesser zu Wandstaumlrke an



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Die Erdwaumlrmesondenrohre werden einschlieszliglich des Sondenfuszliges werksseitig vorgefertigt und in einem Stuumlck in der vorgesehenen Laumlnge angeliefert Bauseits duumlrfen Rohrverbinshydungen nur im Bereich der Anschlussleitung der Erdwaumlrmesonden (auszligerhalb der Bohrung) hergestellt werden Soweit wassergefaumlhrdende Stoffe als Waumlrmetraumlgerfluumlssigkeit verwenshydet werden duumlrfen loumlsbare Verbindungen nur in zugaumlnglichen dichten Kontrollschaumlchten eingesetzt werden Auszligerhalb derartiger Kontrollschaumlchte sind nur unloumlsbare geschweiszligte Verbindungen zu verwenden Fuumlr die Schweiszligverfahren sind die Vorgaben des OumlWAV-Regelshyblattes 207 einzuhalten

Abb 9 Herstellung der Anbindeleitung dauerhaft unloumlsshybare Verbindung mittels Elektroshyschweiszligmuffe

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432 Sondeneinbau und Verpressung bei Erdwaumlrmesonden Zur Gewaumlhrleistung einer wirksamen Abdichtung und Verpressung der Erdwaumlrmesonshydenbohrungen sind ausreichende Bohrlochdurchmesser zu waumlhlen sodass zwischen der Bohrlochwand und dem Sondenbuumlndel ein entsprechend groszliger Ringhohlraum verbleibt Die Verpressung der Bohrung erfolgt von unten nach oben mittels eines zentralen Verpressshyschlauches oder uumlber ein Verpressgestaumlnge

Als Verpressmaterial werden meist handelsuumlbliche werkseitig hergestellte Fertigprodukshyte die auf der Baustelle nur noch mit einer definierten Menge Wasser angemischt werden verwendet Unter Beruumlcksichtigung der Rezepturvorgaben (genaue Wasserdosierung) und der vorgeschriebenen Mischtechnik (geeignete Verpresspumpe) koumlnnen die Qualitaumltsanforshyderungen an die Verpresssuspension eingehalten werden Zum Nachweis der Dichtwirkung bzw der Druckfestigkeit des Materials ist in der Regel das Datenblatt des Herstellers ausreishychend Zu hohe Wassershy Feststoffwerte (WFshyWerte) reduzieren das Waumlrmeuumlbertragungsshyvermoumlgen sowie die Abdichtwirkung und erhoumlhen die Gefahr von Setzungen der ausgehaumlrshyteten Suspension was unter Umstaumlnden eine ineffizient arbeitende Erdwaumlrmesondenanlage zur Folge haben kann Baustellenmischungen bei denen die Suspension direkt auf der Baustelle aus mehreren Einzelkomponenten mit Wasser hergestellt wird bergen die Gefahr von Fehldosierungen und Inhomogenitaumlten im Verpresskoumlrper wodurch die gewuumlnschten Eigenschaften nicht optimal erreicht werden koumlnnen Hier ist besonders darauf zu achten dass die verwendete Rezeptur

und die zugehoumlrige Mischtechnik nachweislich auf der Baustelle eingehalten werden Aus den oben genannten Gruumlnden wird jedoch angeraten Fertigmischungen

Sackware) anstelle von Baustellenmischungen zu verwenden Weiters bieten Fertigmishyschungen den Vorteil einer deutlich besseren Waumlrmeleitfaumlhigkeit Inzwischen sind Verpressshymaterialien (Fertigmischungen) mit Waumlrmeleitfaumlhigkeiten bis zu λ = 25 W(m K) verfuumlgbar Die etwas houmlheren Investitionskosten die bezogen auf die Gesamtkosten des Bauwerks gering sind werden durch einen besseren Wirkungsgrad und somit Einsparungen von Beshytriebskosten mehr als kompensiert

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Abb 10 Verpressung einer Erdwaumlrmesonde mit austretendem Verpressmittel


433 Sammlungs- und Verteilungssysteme fuumlr flach- und Vertikalkollektoren Grundsaumltzlich werden alle Anschlussleitungen unterhalb der Frosttiefe im Sandbett verlegt Beim Verlegen ist darauf zu achten dass keine unerwuumlnschten Hochpunkte entstehen die nur schwer zu entluumlften sind und dadurch zu Leistungsminderungen fuumlhren koumlnnen Die Anschlussleitungen von Erdwaumlrmesonden zum Verteiler sollen nicht zu nahe aneinander liegen um gegenseitige mechanische und thermische Beeinflussungen zu reduzieren und frostbedingte Hebungen und Setzungen im Trassenbereich zu vermeiden Die Erdwaumlrshymesondenrohre sollen in parallel geschalteten Kreisen zum Verteiler gefuumlhrt werden Am Verteiler soll fuumlr jeden einzelnen Sondenkreis eine separate Absperrvorrichtung vorgesehen werden um einen Totalausfall der Anlage im Fall einer Leckage in einem einzelnen Sonden-kreis zu vermeiden Zu Ver- und Entsorgungsleitungen (z B Trinkwasserleitungen Abwasshyserkanaumllen Fernwaumlrmeleitungen) sollte ein Mindestabstand von 07 m eingehalten werden Beim Verlegen der Leitungen und bei den Anschluumlssen sind die Mindestbiegeradien des Leitungsherstellers zu beachten die unter anderem vom Rohrauszligendurchmesser abhaumlngen Alle erdverlegten Rohrverbindungen sind dabei als unloumlsbare korrosionsbestaumlndige und dauerhaft dichte Verbindungen auszufuumlhren

kAPItEL 4 kAPItEL5 Bau von Erdwaumlrmenutzungsanlagen Anlagenbetrieb

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Abb 11 Verlegung der Anbindeleitung

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5 anlagEnbEtriEb

51 Inbetriebnahme

Da eine Erdwaumlrme-Heizungsanlage meist von mehreren Firmen hergestellt wird ist auf die Abnahme und Inbetriebnahme der gesamten Anlage besonderes Augenmerk zu legen Bereits in der Ausschreibung bzw Beauftragung der einzelnen Gewerke sollten die Schnittshystellen genau definiert werden Zum Beispiel sollte genau definiert sein wer fuumlr die Befuumlllung der Solekreislaumlufe bis zur Waumlrmepumpe zustaumlndig ist

Im Zuge der Inbetriebnahme der Anlage hat die Bohrfirma die entsprechende Dokumentation der Herstellungsarbeiten (Bohrdokumentation Abnahmeprotokolle der einzelnen Sonden) vorzulegen besonderes Augenmerk liegt dabei auf der positiven Druckshy und Durchflusspruumlshyfung jeder Sonde Sind in der Anlage mehrere Solekreislaumlufe mit Abgleichventilen vorhanden so sind diese ebenfalls einzeln einzuregeln und ein ausgeglichener Solefluss herzustellen

52 Energiemonitoring

Ein sinnvolles Energiemonitoring sollte bereits im Rahmen der Inbetriebnahme und der ersshyten Betriebsmonate erfolgen um etwaige Fehlerquellen zu identifizieren Durch Analyse der gewonnenen Daten koumlnnen Fehler im Anlagenbetrieb meist mit geringem Aufwand behoben werden Nur so ist ein langfristig effizienter Betrieb der Anlagen gewaumlhrleistet

Im Zuge des Energiemonitorings werden die wesentlichen Betriebsparameter der gesamten ErdwaumlrmeshyHeizungsanlage erfasst Zu diesen Parametern zaumlhlen unter anderem poundemspTemperaturen der Waumlrmequellen der Heizungsanlage sowie des Warmwassers poundemspoumlrtliche Klimadaten poundemspaus der Waumlrmequelle entzogene Energiemenge poundemspan das Heizungsnetz abgegebene Energiemenge poundemspverbrauchte elektrische Energie der Waumlrmepumpe samt Hilfsantrieben

Auf Basis dieser Daten kann weiters das Betriebsverhalten sowie die Effizienz der gesamten Anlage ermittelt werden Als ein wesentlicher Effizienzparameter wird dabei die sogenannte Jahresarbeitszahl kurz JAZ ermittelt Im Gegensatz zum COP (Coefficient of Performance) der sich nur auf die Leistungsdaten der Waumlrmepumpe bezieht stellt sie das Verhaumlltnis von der gesamten an das Heizungsnetz abgegebenen Energiemenge zur aufgewendeten Energie (elektrische Energie der Waumlrmepumpe und der Hilfsantriebe) dar Fuumlr die Beurteilung der Waumlrshymequelle sind besonders die entzogene bzw eingespeiste Leistung sowie der Verlauf der Quelshylentemperatur von Interesse Besonders bei Anlagen die als saisonaler Speicher genutzt wershyden ist die Ermittlung der Energiebilanz wesentlich da eine ausgeglichene Bilanz die Grundlage fuumlr einen nachhaltigen und effizienten Betrieb darstellt (siehe Dazu auch Kapitel 34)

53 Service- Wartungs- und Energiekosten

Grundsaumltzlich sind die Kosten fuumlr Service Wartung und Energie bei effizienten Erdwaumlrshymeheizungsanlagen sehr gering Die vorgeschriebenen Serviceintervalle fuumlr die einzelnen Anlagenteile sind jedoch einzuhalten Zumindest alle zwei bis drei Jahre sollten die Waumlrmeshypumpe sowie Solestaumlnde bei Erdwaumlrmesonden durch einen Installateur gepruumlft werden


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kAPItEL 5 Anlagenbetrieb

kAPItEL 6 Erdwaumlrme und Recht

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54 Moumlgliche Stoumlrquellen im Anlagenbetrieb

Generell handelt es sich bei den geschlossenen Waumlrmetauschern (Erdwaumlrmesonden Erdwaumlrmekoumlrbe und Flachkollektoren) um sehr robuste wartungsarme und stoumlrungsfreie Systeme Da die verwendeten PEshyRohre zwar wasserdicht aber nicht gasdicht sind kann es bei unguumlnstigen geologischen Bodenverhaumlltnissen unter Umstaumlnden zu Gaseintritten in die Waumlrmetauscherrohre kommen Dieses Phaumlnomen wird bei Erdwaumlrmesonden welche gasfuumlhrende Bodenschichten durchoumlrtern in seltenen Faumlllen beobachtet Die dabei in das Solesystem eintretenden Gasblasen wirken sich negativ auf die Lebensdauer der Umwaumllzshypumpe sowie der Waumlrmepumpe aus Als einfache Abhilfe kann das geschlossene Solesystem in ein offenes System mit einem Soleausgleichsbehaumllter umgebaut werden Die notwendige Entluumlftung des Behaumllters hat dabei ins Freie zu erfolgen um evtl gefaumlhrliche Gase nicht in den Innenraum zu leiten

Bei Grundwasserwaumlrmepumpen kann es aufgrund der chemischen Zusammensetzung der Waumlsser zu Ausfaumlllungen sowohl in den Rohrleitungen der Waumlrmepumpe als auch im Schluckshybrunnen kommen Hier ist darauf zu achten dass es bereits bei der Entnahme im Entnahshymebrunnen zu keinem Lufteintritt kommt Dieser Sauerstoffeintrag fuumlhrt oft zu Oxidationsshyprozessen in den meist reduzierten Waumlssern und damit zu Ausfaumlllungen Um den sensiblen Plattenwaumlrmetauscher vor diesen Ausfaumlllungen zu schuumltzen kann ein sogenannter Zwishyschenkreiswaumlrmetauscher angeordnet werden Dieser Roumlhrenwaumlrmetauscher ist wesentlich unempfindlicher fuumlr Ablagerungen

Die gleichen Prozesse entstehen bei der freien Versickerung der thermisch genutzten Waumlsshyser im Schluckbrunnen Dabei kann es zu einer Verockerung oder Versinterung des Brunnens kommen der die Sickerleistung deutlich reduziert In diesem Fall ist eine Ruumlckgabe des Wasshysers direkt in den Grundwasserkoumlrper ohne Sickerstrecke notwendig

Infobox Die wichtigsten tipps fuumlr Planung und Errichtung

grundwasserwaumlrmepumpenanlagen

Rechtzeitiger Planungsbeginn da fuumlr die wasserrechtliche Bewilligung ein entsprechendes Behoumlrdenverfahren notwendig ist

Wenn moumlglich vorab Menge und Qualitaumlt des Grundwassers uumlberpruumlfen

Zur Dimensionierung des Ruumlckgabebrunnens Versickerungsfaumlhigkeit des Bodens pruumlfen

Lage der Entnahme- und Ruumlckgabebrunnen festlegen Grundwasserflieszligrichtung dabei beachten

Die Versickerung von Fremdwaumlssern (zB Niederschlagswaumlsser) im Schluckbrunnen ist unzulaumlssig

Bau der Brunnenanlage durch qualifiziertes Bohrunternehmen

Erdwaumlrmesondenanlagen

Vorab erfragen ob eine wasserrechtliche Genehmigung der Anlage am geplanten Standort notwendig ist

Waumlrmepumpe nicht uumlber- Erdwaumlrmesonden nicht unterdimensionieren

Wenn moumlglich Erdwaumlrmesonden durch Uumlberschusswaumlrme im Sommer regenerieren

Qualifiziertes Bohrunternehmen beauftragen sowie zertifizierte Materialien verwenden

Entsprechende Abstaumlnde zwischen den Sonden sowie zu Grundstuumlcksgrenzen und Einbauten einhalten

Pruumlfprotokolle uumlber Druck- und Durchflusspruumlfung sowie Bestaumltigung uumlber den fachgerechten Einbau von der Bohrfirma einfordern

6 ErDwaumlrME unD rEcht

Die nachfolgenden Ausfuumlhrungen beziehen sich auf die jeweils zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Leitfadens (2016) geltenden Normen und Gesetze in der guumlltigen Fassung (siehe Kapitel 104)

61 rechtliche rahmenbedingungen der unterschiedlichen Erdwaumlrmenutzungen

Die Nutzung der geothermischen Energie kann mit quantitativen und qualitativen Einwirkunshygen auf den Untergrund undoder den Grundwasserhaushalt verbunden sein Eventuellen negativen Auswirkungen muss die zustaumlndige Behoumlrde daher mit planerischen Mitteln und Vorgaben entgegenwirken

Grundsaumltzlich werden saumlmtliche Erdwaumlrmenutzungen nur indirekt im Wasserrechtsgesetz abgehandelt Ausdruumlckliche Verordnungen des BMLFUW die den Stand der Technik fuumlr Anlashygen zur geothermischen Nutzung des Untergrundes und des Grundwassers betreffen liegen bis dato nicht vor Fuumlr die thermische Nutzung des Grundwassers und des Untergrundes sind im Wasserrechtsgesetz (WRG 1959) Bewilligungstatbestaumlnde nach sect 10 und sect 32 Abs2 litb (Einwirkungstatbestand) und nach sect 31c Abs5 (Vorsorgetatbestand) vorgesehen

Gemaumlszlig den in sect 30 und 30c des Wasserrechtsgesetzes (WRG 1959) genannten Zielen ist insbesondere das Grundwasser sowie das Quellwasser so reinzuhalten dass es als Trinkwasshyser verwendet werden kann und so zu schuumltzen zu verbessern und zu sanieren dass eine Verschlechterung des jeweiligen Zustandes verhindert wird

611 Anlagen mit einer thermischen nutzung des grundwassers Diese sind Anlagen bei denen Grundwasser entnommen und nach dessen thermischer Nutshyzung veraumlndert (erwaumlrmt oder abgekuumlhlt) wieder in den Grundwasserleiter eingeleitet wird Folgende Bewilligungstatbestaumlnde sind gegeben poundemspsect 10 WRG 1959 fuumlr die Entnahme von Grundwasser poundemspsect 32 Abs2 litb WRG 1959 fuumlr die Versickerung (Reinjektion)

Beide Faumllle sind bewilligungspflichtig und werden in einem gemeinsamen wasserrechtlichen Bewilligungsverfahren abgehandelt Bewilligungsvoraussetzung ist insbesondere dass durch das geplante Vorhaben (Entnahme und Ruumlckgabe) weder eine Beeintraumlchtigung oumlffentlicher Interessen (sect 105 WRG 1959) noch eine Verletzung fremder Rechte (sect 12 WRG 1959) erfolgt Im Wasserrechtsverfahren ist zu pruumlfen ob die Umweltziele fuumlr Oberflaumlchengewaumlsser und Grundwasser (sectsect 30a und 30c WRG 1959) erreicht werden

Alle gegebenenfalls erforderlichen Entnahmetests und Pumpversuche beduumlrfen einer Bewilshyligung gemaumlszlig sect56 WRG 1959 wenn eine Beeintraumlchtigung oumlffentlicher Interessen oder eine Verletzung bestehender Rechte (sect 12 WRG 1959) nicht auszuschlieszligen ist

612 Anlagen zur thermischen nutzung des untergrundes ohne Wasserentnahme ndash Erdwaumlrmesonden Energiepfaumlhle

Bei diesen Waumlrmegewinnungsanlagen findet weder Wasserentnahme aus dem Untergrund noch ein direkter Kontakt mit dem Grundwasser statt Man spricht daher auch von geschlosshy


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senen Systemen Da jedoch eine (qualitative) Gefaumlhrdung des Grundwassers nicht gaumlnzlich ausgeschlossen werden kann ndash zum Beispiel durch Bohrarbeiten im Zuge der Errichtung oder durch Leckagen im Betrieb ndash unterlagen derartige Anlagen bis 2011 unter bestimmshyten Voraussetzungen einer wasserrechtlichen Bewilligungspflicht (sect 31c Abs5 WRG 1959) Mit der Wasserrechtsgesetzesnovelle 2011 wurden die bis dahin geltenden Bestimmungen maszliggeblich geaumlndert sect 31c Abs 5 WRG 1959 regelt nunmehr dass

Anlagen zur Gewinnung von Erdwaumlrme in wasserrechtlich besonders geschuumltzten Gebieten (sect 34 sect 35 und sect 54 WRG 1959) und in geschlossenen Siedlungsgebieten ohne zentrale Trinkwasserversorgung Anlagen zur Gewinnung von Erdwaumlrme in Form von Vertikalkollektoren (Tiefsonden) sofern sie eine Tiefe von 300 m uumlberschreiten oder in Gebieten mit gespannten oder artesisch gespannten Grundwasservorkommen Anlagen zur Waumlrmenutzung von Gewaumlssern

einer wasserrechtlichen Bewilligungspflicht unterliegen und generell im Anzeigeverfahren abgewickelt werden

Alle anderen Anlagen auf die diese Punkte nicht zutreffen sind bewilligungsfrei

In den westlichen Randbezirken des Wiener Gemeindegebietes sind Erdwaumlrmesonden bewilligungsfrei wobei das Gebiet durch eine Genehmigungslinie abgegrenzt ist Der Verlauf dieser Linie kann online auf der Homepage der Wiener Stadtregierung unter dem Menuumlpunkt bdquoUmweltgutldquo abgerufen werden (httpswwwwiengvatumweltgutpublic) Dafuumlr aktiviert man im Karteninhalt links den Menuumlpunkt bdquoEnergieldquo und die Unterpunkte bdquoEnergiepotenziashyleldquo und bdquoErdwaumlrmepotenzialkatasterldquo und bdquoErdwaumlrmesondenldquo (siehe aBBilDung 12)

Abb 12 genehmigungsshylinie im Wiener Stadtgebiet Westlich von dieser sind Erdwaumlrmeshysondenanlagen bewilligungsfrei

gering geeignet durchschnittlich geeignet gut geeignet

613 Anlagen zur thermischen nutzung des untergrundes ohne Wasserentnahme ndash flachkollektoren Bei diesen Anlagen handelt es sich ebenfalls um geschlossene Systeme Hier gilt wie bei Erdwaumlrmesonden und Energiepfaumlhlen dass eine wasserrechtliche Bewilligungspflicht gemaumlszlig sect 31c Abs 5 Wasserrechtsgesetz gegeben ist

in wasserrechtlich besonders geschuumltzten Gebieten (zB Schongebiet der Thershymal-Schwefelquelle Wien-Oberlaa) und in geschlossenen Siedlungsgebieten ohne zentrale Trinkwasserversorgung

Es ist dabei das Anzeigeverfahren gemaumlszlig sect 114 Wasserrechtsgesetz anzuwenden Alle andeshyren Anlagen auf die diese Umstaumlnde nicht zutreffen sind bewilligungsfrei

614 Weitere rechtliche rahmenbedingungen Bei der Bewilligung von Anlagen zur thermischen Nutzung von Erdreich und Grundwasser sind neben dem Wasserrechtsgesetz unter Umstaumlnden noch weitere Gesetze zu beachten

Das Mineralrohstoffgesetz (MinroG) BGBl I 199938 idgF fuumlr die Errichtung von Erdwaumlrmesonden mit einer Tiefe von mehr als 300 m wobei bei diesen Projekten die Montanbehoumlrde zustaumlndig ist Wenn die Anlage zur thermischen Nutzung des Untergrundes und des Grundwassers Teil einer nach Gewerbeordnung bewilligungspflichtigen Betriebsanlage ist sind die Bestimmungen des Wasserrechts von der Gewerbebehoumlrde anzuwenden Die jeweiligen landesrechtlichen Bestimmungen des Baushy und Naturschutzrechts sind ebenfalls zu beruumlcksichtigen

62 Dauer der wasserrechtlichen bewilligung

Eine wasserrechtliche Bewilligung ist gemaumlszlig sect 21 Abs1 WRG 1959 auf die jeweils laumlngste vershytretbare Zeit zu befristen Anlagen gemaumlszlig sect 31c (Anzeigeverfahren) sind daher formal mit 15 Jahren Tiefsonden mit 25 Jahren ab Einbringung der Anzeige zu befristen Die Verlaumlngerung der Befristung ist jedoch ein reiner Formalakt Entsprechend sect 112 Abs6 WRG 1959 sind der Baubeginn und die Bauvollendung der Wasserrechtsbehoumlrde anzuzeigen

63 Wasserrechtliche Ablehnungsgruumlnde einer geplanten Anlage

Die wasserwirtschaftliche Bedeutung steht laut Gesetz uumlber der geothermischen Nutzung des Untergrundes Dies wird wasserrechtlich auch entsprechend beruumlcksichtigt Ablehshynungsgruumlnde fuumlr die Bewilligung von Anlagen zur Nutzung der Erdwaumlrme liegen dann vor wenn eine Anlage nicht mit den wasserwirtschaftlichen Zielsetzungen zu vereinbaren ist Folgende Bedingungen und Anlagenstandorte koumlnnen zu einer Projektablehnung fuumlhren

Anlagen innerhalb der Schutzzonen I und II von gemaumlszlig sect 34 Abs 1 WRG 1959 bestimmshyten Wasserschutzgebieten Anlagen innerhalb der Schutzzone III von gemaumlszlig sect 34 Abs 1 WRG 1959 bestimmten Wasserschutzgebieten und wenn ein besonderer Bedarf die Grundwasseruumlberdeckung

bei gespannten und artesischen Grundwaumlssern) zu schuumltzen gegeben ist Anlagen in gemaumlszlig sect 35 WRG 1959 bestimmten Schutz- und Schongebieten im Sinne des Schutzes der zukuumlnftigen Wasserversorgung Anlagen in gemaumlszlig sect 37 WRG 1959 zum Schutz von Heilquellen und Heilmooren beshystimmten Gebieten Anlagen auf Flaumlchen auf welchen eine Altlast ausgewiesen wurde Anlagen auf Flaumlchen auf welchen eine Deponie betrieben wird oder errichtet werden soll Anlagen im unmittelbaren Einzugsbereich von nach sect 10 Abs 1 WRG 1959 bewilligungsshyfreien Grundwasserentnahmen wenn eine Beeintraumlchtigung des Wasserspenders zu erwarten ist Anlagen deren hydraulische und thermische Auswirkungen (Grundwasser-AufhoumlshyhungsbereichGrundwasser-Absenkungsbereich Waumlrme- bzw Kaumlltefahne) bis in die Schutzzone II von gemaumlszlig sect 34 Abs 1 WRG 1959 bestimmten Wasserschutzgebieten reichen Anlagen die im Rahmen der Bohrarbeiten gespannte Grundwasservorkommen mit wesentlichen Druckunterschieden durchoumlrtern koumlnnten

(zB


kAPItEL 7 kAPItEL 7 Genehmigungsverfahren Schritt fuumlr Schritt mit Zustaumlndigkeiten Genehmigungsverfahren Schritt fuumlr Schritt mit Zustaumlndigkeiten

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7 gEnEhMigungsvErfahrEn schritt fuumlr schritt Mit zustaumlnDigkEitEn

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Abklaumlren einer allfaumllligen bewilligungspflicht der Waumlrmequellenanlage

grundwasserwaumlrmepumpe

Fuumlr grundwasserwaumlrmepumpen ist in jedem Fall eine wasserrechtliche Genehmigung der Anlage erforderlich Die zur Erlangung der Bewilligung notwendigen Schritte und Unterlagen sind in dem Merkblatt Grundwasserwaumlrmepumpe zusammengestellt in kAPItEL 103 ist der entsprechende Link zu dem Merkblatt angefuumlhrt

Erdwaumlrmesonde

In den westlichen Randbezirken von Wien sind Erdwaumlrmesonden bewilligungsfrei wobei das Gebiet durch eine Genehmigungslinie abgegrenzt ist (siehe Kapitel 612) Es ist daher mit der Magistratsabteilung 58 abzuklaumlren ob ein Bewilligungsverfahren fuumlr den geplanten Sondenstandort notwendig ist Falls ein Bewilligungsverfahren notwendig ist sind die zur Erlangung der Bewilligung notwendigen Schritte und Unterlagen in dem Merkblatt Erdwaumlrmesonden zusammengestellt In kAPItEL 103 ist der entsprechende Link zu dem Merkblatt angefuumlhrt

flachkollektor Erdwaumlrmekoumlrbe

Im Wiener Gemeindegebiet ist die Errichtung eines flachkollektors bewilligungsfrei auszliger in wasserrechtlich geschuumltzten Gebieten (siehe Kapitel 613) Es sind dabei jedoch die unter kAPItEL 3 zusammengestellten Planungsshy und Ausfuumlhrungsgrundsaumltze einzuhalten Aufgrund des hohen Bedarfs an unversiegelter Flaumlche wird ein Flachkollektor zur Abdeckung des gesamshyten Energiebedarfs nur in wenigen Faumlllen ausreichen Eine entsprechend langfristige Flaumlchenshyverfuumlgbarkeit ist daher im Vorfeld der Detailplanung zu pruumlfen

Erdwaumlrmekoumlrbe werden rechtlich als Flachkollektoren angesehen eine Ausnahme stellen dabei lange Koumlrbe dar die in den Grundwasserkoumlrper einbinden Hier ist im Einzelfall bei der Magistratsabteilung 58 nachzufragen ob eine Bewilligungsfreiheit gegeben ist

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2t Erstellung der notwendigen unterlagen

und Einreichung

Die notwendigen technischen Unterlagen sind vorzugsweise von dazu befugten Ingenieurbuumlshyros Ziviltechnikern und Ingenieurkonsulenten zu erstellen Alle Vorgaben des entsprechenshyden Merkblatts (SIEHE LInk Auf SEItE 56) muumlssen darin abgedeckt sein Einzureichen sind alle Unterlagen in dreifacher Ausfertigung bei

Magistratsabteilung 58 ndash Wasserrecht A-1200 Wien Dresdner Straszlige 73ndash75 1 Stock

Bei Anlagen die nach Gewerbeordnung bewilligungspflichtig sind sind die Unterlagen beim jeweils zustaumlndigen Betriebsanlagenzentrum bzw bei den Magistratischen Bezirksaumlmtern (siehe ansprechpartner Kapitel 101) einzureichen

schrit

3t

Ausstellung des bescheides inkl Auflagen

Nach Zustellung des positiven Bescheides bei Bewilligungsverfahren bzw Bestaumltigungsschreishyben beim Anzeigeverfahren kann unter Einhaltung aller Auflagen die Waumlrmequellenanlage hergestellt werden Gemaumlszlig OumlWAV Richtlinie 207 sind entsprechende Funktionspruumlfungen als qualitaumltssichernde Maszlignahmen von der ausfuumlhrenden Firma durchzufuumlhren (zB Druck- und Durchflusspruumlfung bei Erdwaumlrmesonden) Nach Fertigstellung ist eine Fertigstellungsmeldung an die MA 58 bzw das zustaumlndige Betriebsanlagenzentrum zu schicken

Wie bereits erwaumlhnt ist das erteilte Wasserrecht zeitlich begrenzt Nach Ablauf der Bewillishygungsfrist muss um eine Verlaumlngerung der Genehmigung angesucht werden

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kAPItEL 8 Erdwaumlrmenutzung in Wien


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8 ErDwaumlrMEnutzung in wiEn

81 Die geologie von Wien und die bedeutung fuumlr die Erdwaumlrme

Bei der Planung von Erdwaumlrmeanlagen ist die Kenntnis des Untergrundaufbaus von groszliger Bedeutung Der geologische Aufbau des Untergrunds (Locker-Festgestein) und das Vorhandensein von Grundwasser bestimmen einerseits die Eignung des Standorts fuumlr geothermische Nutzung sowie die Wahl der Waumlrmequellenanlagen und andererseits sind Kenntnisse uumlber die thermischen Eigenschaften des Untergrundes bei der Bemessung der Erdwaumlrmeanlagen notwendig

Der Untergrund von Wien wird geologisch in drei Hauptgebiete unterteilt9

a)emspemspQuartaumlre Lockersedimente Diese bestehen aus rezenten Ablagerungen der Donau und ihrer Zubringer sowie aus eiszeitlichen Terrassenschottern Die Kieskoumlrner dieser Schotter bestehen vorwiegend aus Quarz Kristallin Karbonat und Sandstein und sind 7 bis 15 Meter maumlchtig Die Schotterkoumlrper weisen eine hohe hydraulische Leitfaumlhigkeit auf und stellen dadurch den wichtigsten Grundwasserhorizont des Stadtgebiets dar

b) neogene Lockersedimente des Wiener beckens Das Wiener Becken ist ein tektonisches Zerrungsbecken (bdquoPullshyapartshyBeckenldquo) das vor ca 17 Millionen Jahren entstanden ist Dieses Becken wurde im Laufe der Erdgeshyschichte mit mehreren hundert bis tausend Metern marinen brackischen limnishyschen und fluviatilen Sedimenten gefuumlllt Diese Sedimente bestehen hauptsaumlchlich aus Sanden Schluffen und Tonen Grundwasservorkommen sind hauptsaumlchlich an lokal vorkommende Sandlinsen gebunden Die einzelnen Sandlinsen werden zumeist durch dichte Tonmergel isoliert

c) festgesteine der flyschzone und der kalkalpen Zu diesem Gebiet gehoumlren der Wienerwald im suumldwestlichen und westlichen Stadtshygebiet sowie der Bisamberg im Norden Die Gesteine in der Flyschzone bestehen groszligteils aus Sandsteinen Tonmergeln Kalken und Dolomiten Grundwasser kommt in diesen Gesteinen hauptsaumlchlich als gering ergiebiges Kluft- und Schichtshygrundwasser vor Die Gesteine der Flyschzone und der Kalkalpen sind also wassershywirtschaftlich in Wien nur von geringer Bedeutung

9 verkehrgrundbau geologiehtml

httpswwwwiengvat

82 Installierte geothermische Anlagen in Wien

In Wien sind zum momentanen Zeitpunkt (2016) mehr als 1800 Erdwaumlrmenutzungen verzeichnet Davon sind 46 geschlossene Waumlrmequellenanlagen (Erdwaumlrmesonden und Horizontalkollektoren) und 44 thermische Grundwassernutzungen zum Heizen undoder Kuumlhlen Der Anteil der thermisch genutzten Bauteile (zB Bodenplatten oder Energiepfaumlhle) betraumlgt weniger als 1 Die verschiedenen Anwendungssysteme haumlngen hauptsaumlchlich mit dem geologischen Untergrund und den infrastrukturellen Rahmenbedingungen zusamshymen Die thermische Grundwassernutzung hat ihren Schwerpunkt in den ausgedehnten Grundwasserkoumlrpern im Osten des Stadtgebiets (20 bis 22 Bezirk) waumlhrend geschlossene Systeme (Sonden und Kollektoren) ihren Schwerpunkt im Westen der Stadt haben wo die Grundwasserkoumlrper oft zu tief fuumlr eine wirtschaftliche Nutzung liegen10

uumlbersicht der erfassten aktven nutzungen in Wien

Hydrogeologie vereinfacht lokale und begrenzte grundwasserfuumlhrung typ ergiebige grundwasserfuumlhrung Porengrundwasserleiter keine Bewilligungspflicht

Porengrundwasserleiter Kluftshy und Porengrundwasserleiter Subtyp Kluftgrundwasserleiter Erdwaumlrmepumpe Karstgrundwasserleiter Kuumlhlwasseranlage

WasserWasser-Waumlrmepumpe Waumlrmenutzung durch Bauteilaktivierung

Abb 13 Erfasste geoshythermische Anlagen in Wien Quelle Goumltzl et al

201413)

83 Potenzial fuumlr die nutzung der Erdwaumlrme in Wien

Im Wiener Stadtgebiet gibt es noch erhebliches Potenzial fuumlr einen Ausbau der Erdwaumlrmeshynutzung In der Studie bdquoErdwaumlrmepotenzialerhebung im Stadtgebiet Wienldquo der Geologischen Bundesanstalt wird in einer kombinierten Potenzialkarte fuumlr Erdwaumlrmesonden bis 100 m und Grundwasserwaumlrmepumpen gezeigt dass sich analog zur derzeitigen Verteilung die Bezirke 20 bis 22 sehr gut sowohl fuumlr thermische Grundwassernutzung als auch fuumlr Erdwaumlrmesonshyden eignen Der Westen Wiens ist hauptsaumlchlich fuumlr Erdwaumlrmesonden das Gebiet um den Donaukanal wiederum gut fuumlr thermische Grundwassernutzung geeignet

10 Goumltzl G Fuchsluger M Rodler FA Lipishyarski P amp Pfleiderer S (2014) Projekt WCshy31

Erdwaumlrmepotenzialshyerhebung Stadtgebiet Wien Modul 1 ndash Endshybericht im Auftrag der Abteilung MA20 des Magistrats der Stadt Wien Geologische Bundesanstalt

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Wenn geothermische Anwendungen fuumlr klein- oder groszligvolumige Gebaumlude geplant sind lohnt sich fuumlr eine erste Uumlbersicht uumlber moumlgliche Anwendungsformen ein Blick in den Erdwaumlrmepotenzialkataster der Stadt Wien der online unter httpswwwwiengvat umweltgutpublic verfuumlgbar ist In der linken Menuumlleiste kann dabei unter dem Punkt bdquoEnergieldquo und dem Unterpunkt bdquoEnergiepotenzialeldquo der Erdwaumlrmepotenzialkataster fuumlr thermische Grundwassernutzung sowie fuumlr Erdwaumlrmesonden unterschiedlicher Tiefenshystufen aufgerufen werden

Abb 14 gesamtpotenshyzial im Wiener Landesgebiet aus der kombination der Potenzialkarshyten fuumlr 100 Meter lange Erdwaumlrmeshysonden und fuumlr die thermische nutzung des obersten grundshywasserkoumlrpers Quelle Goumltzl et al 201413

kombinierte Potenzialkarte Erdwaumlrmepumpen und thermische grundwassernutzung

Waumlrmeleitfaumlhigkeit (Wmk) Hydrokarte Leistungsklasse Maumlszligige Waumlrmeuumlbertragung (lt 155) lt 1 kW Gute Waumlrmeuumlbertragung (gt 185) 5 kW bis lt 20 kW

gt 20 kW

Alle weiteren Planungsschritte und Entscheidungshilfen werden In DEn kAPItELn 31 unD 32

dieses Leitfadens erlaumlutert

84 beispiele zu Erdwaumlrmeheizungsanlagen im groszligvolumigen bau in Wien

An Hand der vier nachstehenden Beispiele sollen zukunftsweisende Bauprojekte mit innoshyvativen Energiekonzepten mit Einbindung von Erdwaumlrme praumlsentiert werden Da in Wien zurzeit sehr viele unterschiedliche Projekte mit Erdwaumlrmenutzung realisiert werden stellen die hier angefuumlhrten Beispiele nur einen Ausschnitt der dabei moumlglichen Nutzungsformen alternativer Energiequellen dar Bei der Auswahl wurde lediglich darauf geachtet untershyschiedlich genutzte Objekte zu praumlsentieren Die Informationen und Daten zu den einzelnen Projekten wurden dabei von den Bautraumlgern bzw Immobilienentwicklern bereitgestellt

residenzen Hohe Warte

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Saumlmtliche Wohnungen im Bauprojekt HOHE WARTE werden uumlber hocheffiziente Anlagenshytechnik mit Waumlrme und Kaumllte versorgt Dies wird uumlber zentral gelegene Waumlrmepumpenanshylagen umgesetzt Waumlrmegewinnung sowie Waumlrmeabfuhr wird uumlber 46 Tiefenkollektoren realisiert

Die Waumlrmeeinbringung erfolgt primaumlr uumlber Fuszligbodenheizung Weiters werden kleinere Wandheizungselemente eingesetzt Die Niedertemperaturheizung wird auf 4032 degC ausgeshylegt Die Warmwasserbereitung erfolgt zentral uumlber die jeweiligen Waumlrmepumpenanlagen

Die Klimatisierung erfolgt uumlber sog Kuumlhldecken So werden in allen Wohnungen die wesentshylichen Aufenthaltsraumlume gekuumlhlt Die Klimatisierung wird auf eine Temperaturspreizung von 6 degK dimensioniert die Auslegungstemperatur bezieht sich auf 32 degC Auszligentemperatur und 26 degC Raumtemperatur Zusaumltzlich wird fuumlr Auszligentemperaturen von uumlber 32 degC die Moumlglichshykeit geschaffen den Fuszligboden zu kuumlhlen Die anfallende Abwaumlrme aus der Klimatisierung wird zur Warmwassererzeugung genuumltzt Uumlberschuumlsse werden zur Regeneration der Tiefenshybohrungen ruumlckgespeist

Objektadresse und Objektbezeichnung Residenzen Hohe Warte Hohe Warte 34ndash36 1190 Wien

Objektbeschreibung poundemspemspBauherr EPAM Immobilien GmbH Planung Haustechnik TB Obkircher OG Ingenieurshybuumlro fuumlr technische Gebaumludeausruumlstung Gebaumludetyp Wohngebaumlude

poundemspBaujahr 2015ndash2017 Gesamtnutzflaumlche aufgeteilt auf

poundemspWohnflaumlche 4600 m2

poundemspBuumlroflaumlche shypoundemspemspProduktionsshy und Gewerbeflaumlche shy

beschreibung der Waumlrmequellenanlage (Anzahl d Erdwaumlrmesonden Anzahl brunnen bei grundwassernutzung) Erdwaumlrmesondenfeld bestehend aus 46 Sonden agrave 120 m

Heizungs- und kuumlhlanlage poundemspHeizlast 200 kW poundemspKuumlhllast 160 kW

Waumlrmepumpe 4 monovalente Waumlrmepumpen mit in Summe 2863 kW Heizleistung Waumlrmeverteilsystem Niedertemperatur 4032 Kuumlhlverteilsystem 2418

beschreibung der Warmwasserbereitung (nur bei Wohngebaumluden) Warmwasserbereitung uumlber Waumlrmepumpenanlage und Plattenwaumlrmetauscher

Weitere alternative Energienutzung Nein


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Smart city Demo Aspern

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Das Energiekonzept fuumlr das als BetonHolzriegelkonstruktion errichtete Wohngebaumlude setzt sich aus mehreren umschaltbaren Waumlrmepumpen mit verschiedenen Primaumlrenergiequellen zusammen Jede Waumlrmepumpe versorgt ausgehend von ihrer Bauart eine Nieder- oder Hochtemperaturschiene

Grundsaumltzlich werden drei verschiedene Waumlrmepumpensysteme mit vier Waumlrmequellen (Grundwasser Erdreich Solarwaumlrme und Luft) eingesetzt

Die Entnahmeleistung der vier Grundwasserwaumlrmepumpen betraumlgt bei einer Spreizung von 4 degC und einer Entnahmemenge von 25 ls in Summe etwa 400 kW Rechnet man einen COP von 4 so ergibt sich eine Heizleistung der Waumlrmepumpe von 500 kW Diese Leistung reicht aus um das ganze Gebaumlude mit Heizwaumlrme und Warmwasser zu versorgen Es werden dabei jeweils zwei Waumlrmepumpen auf eine Vorlauftemperatur von 65 degC ausgelegt um die notwendige Temperatur fuumlr die Frischwassermodule zu erreichen Weitere zwei Waumlrmepumshypen dienen zur Beheizung des Gebaumludes Diese Konfiguration bietet nicht zuletzt durch die vierfache Redundanz eine sichere Grundversorgung des Gebaumludes daruumlber hinaus koumlnnen die gewonnenen Daten fuumlr Forschungszwecke ausgewertet werden Die Versickerungsbrunshynen befinden sich auszligerhalb des Gebaumludes in Richtung des Grundwasserflusses Durch eine Simulation der Kaumlltefahne wurde sichergestellt dass es zu keiner Beeintraumlchtigung weiterer Grundwasserwaumlrmepumpen in den angrenzenden Baulosen kommt Alle weiteren Primaumlrenergiequellen dienen der Effizienzsteigerung der Waumlrmeversorgung und stellen einen Teil des Forschungsprojektes dar

Die zwei Tiefgaragengeschoszlige mit 400 Stellplaumltzen besitzen eine Kubatur von ca 30000 m3 Um eine ausreichende Luftqualitaumlt der Tiefgarage zu gewaumlhrleisten wird ein 15-facher Luftwechsel benoumltigt der uumlber die vorhandene Brandentrauchungsanlage bewerkstelligt wird Die hier verwendete Luftwaumlrmepumpe besitzt bei einer Abkuumlhlung der Luft von 5 degC eine Leistung von 40 kW

Rechnet man wieder einen COP von 4 so erhaumllt man eine abgegebene Waumlrmeleistung von ca 50 kW

Durch den Ruumlcksprung des 2 Tiefgaragengeschoszliges um ca 15 Meter wird dieser Erdstreifen mit Energiesaumlulen versehen uumlber die Energie dem Erdboden zugefuumlhrt oder entnommen wird Die so aktivierte Kubatur des Erdspeichers betraumlgt ca 3000 m3 Geht man von einer moumlglichen Temperaturspreizung von 20 degC aus kann in diesem Erdspeicher eine Energieshymenge von ca 40000 kWh gespeichert werden Die Intention dieser Energiespeicherung ergibt sich aus einem sehr guten PreisshyLeistungsshyVerhaumlltnis Die fuumlr die Beladung des Erdspeichers benoumltigte Energiemenge kommt ausschlieszliglich von den installierten Sonnenshykollektoren Durch diese Form der Energiespeicherung kann eine Verdoppelung des Solarershytrages erreicht werden Entladen wird der Erdspeicher uumlber eine SoleWasserwaumlrmepumpe die aufgrund des vorhandenen Temperaturniveaus eine deutlich houmlhere Leistungszahl als die Brunnenwaumlrmepumpe erreicht

Die solare nutzung besteht aus drei Arten von Solarkollektoren

thermische Solarkollektoren 2 Ausrichtung Suumld Aufstellungswinkel 45 deg

Hier werden handelsuumlbliche thermische Solarkollektoren eingesetzt Uumlber ein sogenannshytes Schichtlademodul kann die gewonnene Solarenergie in drei Temperaturebenen in die vorhandenen Speicher ndash Hochtemperaturspeicher Niedertemperaturspeicher Erdspeishycher ndash geladen werden Je nach Sonneneinstrahlung wird der Kollektor im optimalen Wirkungsgrad gefahren und erreicht dadurch einen sehr guten Gesamtertrag

Groumlszlige der Kollektorflaumlche ca 150 m

Hybridkollektoren 2 Ausrichtung Suumld Aufstellungswinkel 30 deg

Hier handelt es sich um eine Kombination von PVshyModulen die auf der Ruumlckseite mit einem Waumlrmetauscher versehen sind Uumlber diesen Waumlrmetauscher kann die Tempeshyratur der PVshyModule auf einem Niveau gehalten werden das einen groumlszligtmoumlglichen Wirkungsgrad der PVshyAnlage gewaumlhrleistet Die abgefuumlhrte thermische Energie wird wiederum den vorhandenen Speichersystemen zugefuumlhrt und fuumlr Heiz- und Warmshywasserenergie verwendet Als dritte Speicherebene (unter 30 degC) wird die Solarenergie einer Sole-Wasser-Waumlrmepumpe zugefuumlhrt die diese Energie auf ein nutzbares Temshyperaturniveau bringt Als hydraulische Weiche dient der Erdspeicher der die Massenshystroumlme zwischen Sonnenkollektoren und Waumlrmepumpe abgleicht


Photovoltaik-kollektoren (PV) 2 Ausrichtung Suumld Aufstellungswinkel 15 deg oder 30 deg

Auf dGroumlszlige der Kollektorflaumlche ca 150 m

em Gebaumludeteil der Stiege C werden handelsuumlbliche PVshyKollektoren installiert

Die innovative und intelligente Mess-Steuer-Regelungstechnik erkennt automatisch welcher Waumlrmebedarf gerade besteht und welche Waumlrmepumpe aus den gegebenen Rahshymenbedingungen zur gegebenen Zeit die houmlchste Effizienz aufweist Diese wird bevorzugt betrieben Sollte die Leistung dieser Waumlrmepumpe nicht ausreichen so wird die Waumlrmeshypumpe mit der zweithoumlchsten Effizienz dazugeschaltet Dies fuumlhrt in Kombination mit eishynem intelligenten Speichermanagement zu einem effizienten Betrieb der gesamten Anlage Kombiniert mit einem Verbrauchsmonitoring entsteht ein dynamischer Prozess zwischen Erzeugung und Verbrauch


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Objektadresse und Objektbezeichnung Smart City Demo Aspern Seestadtstraszlige 27 1220 Wien

Objektbeschreibung Bauherr Aspern Smart City Research Gmbh amp Co KG (ASCR) Planung Haustechnik TB Obkircher OG Ingenieurshybuumlro fuumlr technische Gebaumludeausruumlstung Gebaumludetyp Wohnanlage Baujahr 2014 Gesamtnutzflaumlche aufgeteilt auf shyWohnflaumlche 19000 msup2 shyBuumlroflaumlche 100 msup2 shyProduktionsshyund Gewerbeflaumlche 600 msup2

beschreibung der Waumlrmequellenanlage (Anzahl der Erdwaumlrmesonden Anzahl brunnen bei grundwassernutzung)

2 Entnahmebrunnen mit einer Entnahmeleistung von je 12 ls

poundemspemspErdwaumlrmesondenfeld bestehend aus 81 Erdwaumlrmeshykoumlrben agrave 3 m sogenannten bdquoEnergiesaumlulenldquo Luftregister (Verdampfer) in der CO-Luumlftung

Heizungs- und kuumlhlanlage poundemspemspHeizlast 350 kW poundemspemspKuumlhllast -

Waumlrmepumpe 7 Waumlrmepumpenzusammen 690 kW Monovalent Waumlrmeverteilsystem Heizung 3530 Warmwasser 6560

beschreibung der Warmwasserbereitung (nur bei Wohngebaumluden) Zentrale Warmwasserbereitung mit 5 Frischwassershymodulen die uumlber eine eigene Hochtemperaturringleishytung in Verbindung mit 6 2000shyLitershyPufferspeichern angespeist werden Einsatz einer Zirkulationsleitung

Weitere alternative Energienutzung Photovoltaikanlage 100 msup2 thermische Kollektoren 150 msup2 Hybridkollektoren 90 msup2

krankenhaus goumlttlicher Heiland

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Neben dem bestehenden Krankenhaus wird ein neuer Trakt mit gemischter Nutzung bestehend aus Bettengeschoszligen und Funktionsgeschoszligen (OPshyAnlagen Intensivstation Therapie- und Behandlungsraumlume) mit direkter Anbindung an die bestehenden Gebaumludeshystrukturen errichtet Bei gleichbleibender Bettenanzahl (288) bringt die Vergroumlszligerung des Krankenhauses vor allem eine Entlastung der angespannten Raumsituation und neue Moumlgshylichkeiten fuumlr eine moderne zeitgemaumlszlige Ausstattung und Infrastruktur

Die gesamten Planungsleistungen sind bereits abgeschlossen und der Baubeginn der Anlage war im August 2015 Die Abwicklung des gesamten Projektes erfolgt waumlhrend des laufenden Betriebes des Krankenhauses

Objektadresse und Objektbezeichnung Krankenhaus Goumlttlicher Heiland Dornbacher Straszlige 20ndash28 1170 Wien

Objektbeschreibung Bauherr Vinzenz Gruppe Krankenhausbeteiligungs-und Management GmbH Planung Haustechnik Zentraplan PlanungsgesmbH Gebaumludetyp Krankenhaus Baujahr 2016ndash2018 Gesamtnutzflaumlche aufgeteilt auf Krankenhaus BGF ca 9200 m2


Heizungs- und kuumlhlanlage Heizleistung WP ca 230 kW Kuumlhlleistung WP ca 460 kW Waumlrmepumpe Monovalent fuumlr gleichzeitiges Heizen und Kuumlhlen geeignet Waumlrmeverteilsystem FBHZG 4030 degC Luumlftungsanshylagen 4535 degC Kuumlhlverteilsystem Kuumlhldecken 1619 degC Luumlftungsanlagen und Umluftkuumlhler 612deg

beschreibung der Warmwasserbereitung (nur bei Wohngebaumluden) Warmwasserbereitung uumlber Hochtemperaturschiene Fernwaumlrme 100 kW ndash 7050degC

Weitere alternative Energienutzung keine


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neubau OumlAMtc zentrale 1030 Wien

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Auf einer Bruttogesamtflaumlche von 27000 msup2 entsteht im Zeitraum Sommer 2015 bis Herbst 2016 ein neuer zentraler Komplex der Buumlros Konferenz- und Schulungsraumlume ein Call-Center einen technischen Stuumltzpunkt sowie einen Heliport umfasst

Unterstuumltzt wird die Houmlchstleistung von einer unter dem Aspekt der Energieeffizienz und dem Lebenszyklusgedanken geplanten und errichteten Gebaumludetechnik Die Grundlastshyabdeckung fuumlr den Heizbetrieb erfolgt uumlber die Geothermie mittels getrennter reversibler Waumlrmepumpen uumlber das Grundwasser bzw Tiefensonden und Betonplattenaktivierung (400 kW) Die Spitzenlastabdeckung wird mittels einer Gaskesselanlage sichergestellt (780 kW) Um einen oumlkologisch und oumlkonomisch nachhaltigen Betrieb des Gebaumludes gewaumlhrleisten zu koumlnnen wird ein zentraler Schichtladepuffer vorgesehen um anfallende Abwaumlrmemengen sowie Ruumlckwaumlrmemengen einspeisen zu koumlnnen Weiters wird die Abwaumlrme der Kaumlltemashyschine in das Heizungsnetz ruumlckgespeist

Die Grundlastabdeckung fuumlr den Kuumlhlbetrieb erfolgt uumlber die Geothermie mittels freier Kuumlhlung uumlber die Grundwassernutzung mittels drei Entnahmebrunnen bzw eine Sole Wasser-Waumlrmepumpe uumlber die Tiefensonden und die aktivierte Bodenplatte (400 kW) Zur Spitzenlastabdeckung wird ein leistungsgeregelter Schraubenkompressor (847 kW) mit troshyckenen Glykolruumlckkuumlhlern installiert die in den Wintermonaten auch zur freien Kuumlhlung der Server- und LAN-Raumlume eingesetzt werden

Uumlber die neun Zushy und Abluftanlagen mit nachhaltigen hocheffizienten Waumlrmeruumlckgewinshynungseinheiten wird eine Luftmenge von ca 135000msup3h bewegt Das Gebaumlude wird mit Druckbeluumlftungsanlagen (Luftmenge ca 160000msup3h) und Brandrauchverduumlnnungsanlagen (Luftmenge ca 117000 msup3h) ausgestattet Neben einer Vielzahl von Nassgruppen Wasser- und Warmwasseraufbereitungsanlagen umfasst die Sanitaumlranlage eine Grundwasserentnahshyme zur Gruumlnflaumlchenbewaumlsserung Loumlschhilfen sowie die Druckluftversorgung

Objektadresse und Objektbezeichnung Neubau OumlAMTC-Zentrale Baumgasse 131 1030 Wien

Objektbeschreibung Bauherr OumlAMTC Planung Haustechnik Caverion Gebaumludetyp Buumlrogebaumlude Baujahr Gesamtnutzflaumlche aufgeteilt auf shy Wohnflaumlche shy Buumlroflaumlche 27000 msup2 shy Produktionsshy und Gewerbeflaumlche

beschreibung der Waumlrmequellenanlage (Anzahl d Erdwaumlrmesonden Anzahl brunnen bei grundwassernutzung) 34 Erdwaumlrmesonden agrave 130m 4 Entnahmebrunnen (Entzugswassermenge ca 11 ls)

Heizungs- und kuumlhlanlage Heizlast 1346kW (keine GLZ beruumlcksichtigt) poundemspemspKuumlhllast 1247kW

(keine GLZ beruumlcksichtigt) Waumlrmepumpe 2 WP fuumlr Ansaugbrunnen agrave 926 kW Heizleistung 1 WP Geothermie (Tiefensonden + Betonplattenaktivierung) 243 kW Heizleistung 182 kW Kuumlhlleistung Waumlrmeverteilsystem - Lufterhitzer (Vorheizregister) 4030 degC - Lufterhitzer (Nachheizregister) 4030 degC - Betonkernaktivierung 3228 degC - Heizdecken 3530 degC

Fuszligbodenheizung Schalterbereich 4030 degC Kuumlhlverteilsystem - Betonkernaktivierung 1822 degC - Kuumlhldecke 1619 degC

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beschreibung der Warmwasserbereitung (nur bei Wohngebaumluden) -

Weitere alternative Energienutzung -


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kAPItEL 9 Daten und Fakten zur Erdwaumlrme im Uumlberblick


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9 DatEn unD faktEn zur ErDwaumlrME iM uumlbErblick11

Erdwaumlrme oder Geothermie bezeichnet die im Erdreich gespeicherte Waumlrme Die obersten zehn Meter liegen im Einflussbereich der jahreszeitlich bedingten Lufttemperaturschwanshykung Darunter herrschen mehr oder weniger zeitlich konstante Temperaturverhaumlltnisse Im Durchschnitt steigt zudem die Temperatur um circa drei Grad Celsius pro 100 Meter Tieshyfenzunahme Diese Temperaturzunahme resultiert aus der natuumlrlichen Entwaumlrmung der im Erdinneren heiszligen Erde mit uumlber 5000 Grad Celsius im Erdkern Der natuumlrliche Waumlrmenachshyschub an die Erdoberflaumlche ist jedoch sehr gering und entspricht einer Leistung von circa 700 Watt auf der Flaumlche eines Fuszligballfeldes Daher nutzt die Geothermie hauptsaumlchlich die gespeicherte Waumlrme des Erdbodens So kann zum Beispiel durch Abkuumlhlung eines Kubikmeshyters Erdreich um ein Grad Celsius eine Waumlrmemenge von bis zu 07 kWh entzogen werden

Oberflaumlchennahe erdwaumlrme In Oumlsterreich wird der Begriff bdquoOberflaumlchennahe Geothermieldquo meist fuumlr die Nutzung von Erdwaumlrme in den oberen 300 Tiefenmetern verwendet Tiefere Anlagen fallen unter das Mineralrohstoffgesetz (MinroG) und benoumltigen zusaumltzliche behoumlrdliche Auflagen Da in den obersten 300 Metern des Untergrundes in Wien mit maximalen Temperaturen von 20 Grad Celsius zu rechnen ist sind Anwendungen der Oberflaumlchennahen Geothermie zu Heizzweshycken zumeist auf Waumlrmepumpen angewiesen

tiefe geothermie Der Begriff bdquoTiefe Geothermierdquo umfasst in Oumlsterreich zumeist die Nutzung natuumlrlich vorshyhandener Heiszligwaumlsser (Thermalwaumlsser) zu Heizzwecken oder zur Stromgewinnung In den meisten Faumlllen ist das Temperaturniveau ausreichend hoch dass die im Thermalwasser gespeicherte Waumlrme ohne Waumlrmepumpe genutzt werden kann Mit Ausnahme einiger natuumlrlicher Thermalquellen liegen die Heiszligwasservorkommen in Mindesttiefen von einigen hundert teilweise sogar von mehreren tausend Metern

Erdwaumlrme nutzen Die Oberflaumlchennahe Geothermie wird in Wien meist mithilfe von Erdwaumlrmesonden oder mittels Grundwasser-Waumlrmepumpen genutzt Erdwaumlrmesonden reichen uumlblicherweise bis in eine Tiefe von 30 bis 250 Metern Wenn vorhanden kann der oberste Grundwasserkoumlrper abgesehen von Grundwasserschutzgebieten auch direkt genutzt werden Die thermische Nutzung des Grundwassers ist die wirtschaftlichste Form der oberflaumlchennahen Geothershymie Die Voraussetzung ist allerdings das Vorhandensein eines oberflaumlchennahen ergiebishygen Grundwasserkoumlrpers In Wien ist dieser vor allem in den Donauschottern zu finden

Anwendungsmoumlglichkeiten Oberflaumlchennahe Geothermie eignet sich hervorragend zur Klimatisierung von Gebaumluden oder Infrastruktureinrichtungen oder sogar zur Eisfreihaltung von Gehsteigen Aufgrund des geringen Temperaturniveaus im oberflaumlchennahen Untergrund von wenigen Grad Celsius bis maximal 20 Grad Celsius ist die Anwendung zum Heizen auf Waumlrmepumpen angewiesen Die Kuumlhlung kann jedoch ohne Waumlrmepumpe (Free Cooling) erfolgen Da die Nutzung der Erdwaumlrme primaumlr der Entladung eines Akkus entspricht laumlsst sich der Untergrund auch als saisonaler Erdspeicher verwenden um zum Beispiel im Sommer erzielte Waumlrmeuumlberschuumlsse im kommenden Winter zu nutzen

Oumlkologisch und nachhaltig Generell stellt Geothermie eine sehr umweltschonende Waumlrmequelle dar die abgesehen vom Antriebsstrom der Waumlrmepumpe und des Pumpenkreislaufs keine Emissionen hervorshyruft Sie ist zudem prinzipiell uumlberall verfuumlgbar und aus diesem Grund hervorragend fuumlr lokale Energieversorgungskonzepte ohne lange Transportwege geeignet

Durch den Betrieb einer oberflaumlchennahen Erdwaumlrmeanlage wird die Erdreichtemperatur lokal um fuumlnf bis zehn Grad Celsius veraumlndert Die Waumlrme flieszligt vom umgebenden Erdreich nach Nach Abschaltung der Anlage ist das urspruumlngliche Temperaturregime rasch wiedershyhergestellt

Die Oberflaumlchennahe Erdwaumlrme zur Waumlrmeshy oder Kaumlltegewinnung ist generell als nachhalshytig und erneuerbar zu betrachten Der Erdboden muss aber als Akku betrachtet werden der auch wieder geladen werden muss Daher kann eine oumlkologisch nachhaltige und wirtshyschaftlich sinnvolle Nutzung der Erdwaumlrme durch einen saisonalen Wechselbetrieb ermoumlgshylicht werden Durch abwechselnde Heizung im Winter und Kuumlhlung im Sommer oder durch Einspeicherung von Uumlberschusswaumlrme im Sommer wird die Regeneration des Untergrundes unterstuumltzt und die Effizienz der Erdwaumlrmenutzung gesteigert

Wie wirtschaftlich ist Erdwaumlrme Generell gilt fuumlr die Nutzung der Erdwaumlrme das Gleiche wie fuumlr die meisten erneuerbaren Energietraumlger Hohen Investitionskosten stehen vergleichsweise geringe Betriebskosten gegenuumlber Die thermische Nutzung des Grundwassers ist mit spezifischen Investitionsshykosten ohne Ankauf von Waumlrmepumpen von 50 bis 500 Euro pro Kilowatt deutlich geringer als bei der Nutzung mittels Erdwaumlrmesonden (500 bis 1000 Euro pro Kilowatt) Jedoch ist thermische Nutzung des Grundwassers nicht uumlberall im Stadtgebiet uneingeschraumlnkt moumlgshylich Der aktuelle Trend in Groszligbauprojekten die mittels Erdwaumlrmenutzungen klimatisiert werden zeigt eine kombinierte Nutzung von Erdwaumlrmesonden thermischen Grundwassershynutzungen und thermisch aktivierten Gebaumludeelementen um die Deckung des Waumlrme- und Kaumlltebedarfs bei vertretbaren Kosten zu erzielen

kombination mit anderen Energietraumlgern Anwendungen der Oberflaumlchennahen Geothermie lassen sich gut mit anderen Waumlrmequelshylen kombinieren beispielsweise mit Solarthermie oder Abwaumlrme aus Kuumlhlkreislaumlufen Neben der Abdeckung von Spitzenlast durch andere Energietraumlger und -systeme sind Synergieefshyfekte vor allem bei der saisonalen Speicherung von Uumlberschusswaumlrme in Erdwaumlrmesondenshyfeldern in vielen Gebieten Europas mittlerweile Stand der Technik

Hilfe bei der Planung In Wien gibt es verschiedene oumlffentliche und private Einrichtungen die bei der Planung von Erdwaumlrmenutzungen weiterhelfen koumlnnen Neben den oumlffentlichen Forschungseinrichtunshygen in Wien wie der Geologischen Bundesanstalt (GBA) oder Austrian Institute of Technology (AIT) gibt es zahlreiche Planungsbuumlros die kompetente Projektbegleitung und Beratung bei Behoumlrdenverfahren anbieten

Hinweise zu staatlich beeideten Ziviltechnikern und Ziviltechnikerinnen sind unter den Suchshybegriffen bdquoKulturtechnikldquo oder bdquoTechnische Geologieldquo auf der Website der Bundeskammer der Architekten und Ingenieurkonsulenten zu finden


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kAPItEL 10 Literaturhinweise Ansprechpartner nuumltzliche Links


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10 litEraturhinwEisE ansprEchpartnEr nuumltzlichE links

101 zustaumlndige Dienststellen der gemeinde Wien

rechtliche beratung und Einreichung der unterlagen in dreifacher Ausfertigung bei Magistratsabteilung 58 ndash Wasserrecht A-1200 Wien Dresdner Straszlige 73ndash75 1 Stock Parteienverkehr montags bis freitags von 800 Uhr bis 1200 Uhr Telefon +43 (0)1 400096815 E-Mail postma58wiengvat

rechtliche beratung und Einreichung der unterlagen in zumindest dreifacher besser viershyfacher Ausfertigung im rahmen einer gewerberechtlichen bewilligung beim zustaumlndigen betriebsanlagenzentrum im Magistratischen bezirksamt poundemspfuumlr die Bezirke 1 3 4 5 6 7 und 8 beim Magistratischen Bezirksamt

fuumlr den 18 Bezirk A-1010 Wien Wipplinger Straszlige 8 Telefon +43 (0)1 400001000 E-Mail postmba01wiengvat

emspemspemspemspemspemspemspemspemspemsp

poundemspfuumlr die Bezirke 2 10 11 und 23 beim Magistratischen Bezirksamt fuumlr den 10 Bezirk A-1100 Wien Laxenburger Straszlige 43ndash45 Telefon 400010000 E-Mail postmba10wiengvat


poundemspfuumlr die Bezirke 12 13 14 15 16 und 17 beim Magistratischen Bezirksamt fuumlr den 12 Bezirk A-1120 Wien Schoumlnbrunner Straszlige 259 Telefon +43 (0)1 400012000 E-Mail postmba12wiengvat


poundemspfuumlr die Bezirke 9 18 19 20 21 und 22 beim Magistratischen Bezirksamt fuumlr den 21 Bezirk A-1210 Wien Am Spitz 1 Telefon +43 (0)1 400021000 E-Mail postmba21wiengvat


Energieplanung MA 20 ndash Energieplanung 1060 Wien Amerlingstraszlige 11 Telefon +43 (0)1 4000 88305 E-Mail postma20wiengvat

Waumlrmepumpenfoumlrderung und sicherheitstechnische belange MA 25 ndash Stadterneuerung und Pruumlfstelle fuumlr Wohnhaumluser Ashy1200 Wien MariashyRestitutashyPlatz 1 Parteienverkehr dienstags und donnerstags von 800 Uhr bis 1200 Uhr Telefon +43 (0)1 40008025 E-Mail postma25wiengvat

tiefbautechnische bzw geologische belange Magistratsabteilung 29 ndash Bruumlckenbau und Grundbau Fachbereich Grundbau Baugrundkataster 1160 Wien Wilhelminenstraszlige 93 Telefon +43 (0)1 400096915 E-Mail postma29wiengvat

Hydrologische und gewaumlsserschutztechnische belange Magistratsabteilung 45 ndash Wiener Gewaumlsser Gruppe Gewaumlsserschutz 1160 Wien Wilhelminenstraszlige 93 Parteienverkehr dienstags und donnerstags von 800 Uhr bis 1230 Uhr Telefon +43 (0)1 400096560 E-Mail postma45wiengvat

102 Ansprechpartner fuumlr Planung bau und betrieb von Erdwaumlrmeheizungsanlagen

geologische bundesanstalt 1030 Wien Neulinggasse 38 EshyMail officegeologieacat Telefon +43 (0)1 7125674 Fax +43shy1shy7125674shy56

fachverband Ingenieurbuumlros 1040 Wien Schaumburgergasse 201 Telefon+43 (0)5 90900 3250 E-Mail ftbiwkoat

OumlIAV ndash Oumlsterreichischer Ingenieur- und Architekten-Verein 1010 Wien Eschenbachgasse 9 Telefon +43 (0)1 587 35 36 EshyMail officeoiavat

Vereinigung Oumlsterr bohr- brunnenbau- und Spezialtiefbauunternehmungen 1010 Wien Wolfengasse 48 Telefon +43 (0)1 713 27 72 EshyMail officevoebuat

OumlVgW ndash Oumlsterreichische Vereinigung fuumlr das gas- und Wasserfach 1010 Wien Schubertring 14 Tel +43 (0)1 513 15 88shy0 EshyMail officeovgwat

Oumlsterreichischer Wasser- und Abfallwirtschaftsverband (OumlWAV) 1010 Wien Marc-Aurel-Straszlige 5 Tel +43shy1shy535 57 20 E-Mail buerooewavat wwwoewavat


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103 nuumltzliche Links

Waumlrmepumpenleitfaden httpswwwwiengvatstadtentwicklungenergiepdfwaermepumpenleitfadenpdf

Erdwaumlrmepotenzialkataster Wien httpswwwwiengvatstadtentwicklungenergiethemenstadtplanerdwaermeindexhtml

Merkblatt Erdwaumlrmesonde ndash Erforderliche Einreichunterlagen httpswwwwiengvatumweltgewaesserahs-infopdfwasserrechtsverfahren-tiefsondenpdf

Merkblatt grundwasserwaumlrmepumpe ndash Erforderliche Einreichunterlagen httpswwwwiengvatumweltgewaesserahs-infopdfwasserrechtsverfahren-brunnenanlagenpdf

104 relevante gesetze normen und richtlinien

Bundesgesetz uumlber mineralische Rohstoffe (Mineralrohstoffgesetz ndash MinroG) idgF

OumlWAV-Regelblatt 207 Thermische Nutzung des Grundwassers und des Untergrunds ndash Heishyzen und Kuumlhlen (2009)

OIB-Richtlinie 6 Energieeinsparung und Waumlrmeschutz 2015 httpswwwoiboratdeguidelinesrichtlinie-6-1

OumlNORM B 2601 Wassererschlieszligung ndash Brunnen ndash Planung Bau und Betrieb 2016

OumlNORM H 7500-1 Heizungssysteme in Gebaumluden ndash Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast 2015

OumlNORM B 8110-6 Waumlrmeschutz im Hochbau ndash Teil 6 Grundlagen und Nachweisverfahren ndash Heizwaumlrmebedarf und Kuumlhlbedarf ndash Nationale Festlegungen und nationale Ergaumlnzungen zur OumlNORM EN ISO 13790 2014

OumlNORM EN ISO 11855shy3 Umweltgerechte Gebaumludeplanung ndash Planung Auslegung Instal shylation und Steuerung flaumlchenintegrierter Strahlheizungsshy und shykuumlhlsysteme ndash Teil 3 Planung und Auslegung (ISO 11855-32012) 2015

OumlNORM H 2201 Leistungen der Sanitaumlr- Heizungs- Luumlftungs- und Kaumlltetechnik ndash Werkvershytragsnorm 2014

OumlNORM H 6040 Berechnung der sensiblen und latenten Kuumlhllast sowie der sommerlichen Temperaturgaumlnge von Raumlumen und Gebaumluden (Nationale Ergaumlnzungen zu OumlNORM EN 15255 und OumlNORM EN ISO 13791) 2012

OumlNORM EN 12828Heizungsanlagen in Gebaumluden shy Planung von WarmwassershyHeizungsan shylagen2014

OumlNORM EN 15450 Heizungsanlagen in Gebaumluden ndash Planung von Heizungsanlagen mit Waumlrmepumpen 2008

OumlNORM H 5055 Gesamtenergieeffizienz von Gebaumluden ndash Begleitende Dokumente zum Energieausweis ndash Befund Gutachten Ratschlaumlge und Empfehlungen 2011

OumlNORM EN ISO 52003shy1 Energieeffizienz von Gebaumluden ndash Indikatoren Anforderungen und Ausweiserstellung ndash Teil 1 Allgemeine Aspekte und Anwendung auf die Gesamtenergieeffizishyenz (ISODIS 52003-12015) 2015

OumlNORM EN 15217 Energieeffizienz von Gebaumluden ndash Verfahren zur Darstellung der Energieshyeffizienz und zur Erstellung des Gebaumludeenergieausweises 2007

Wasserrechtsgesetz idgF shy

mer=10010290 httpswwwrisbkagvatGeltendeFassungwxeAbfrage=BundesnormenampGesetzesnum


Erdwaumlrme voraus - Die Erde als Energiequelle

Abkuumlrzungsverzeichnis

Impressum

Inhaltsverzeichnis

Vorwort Maria Vassilakou

1 Die Erde als Energiequelle und Energiespeicher

11 Rahmenbedingungen fuumlr eine nachhaltige Nutzung der Erdwaumlrme in urbanen Gebieten

2 Technik der Erdwaumlrmegewinnung fuumlr Heizen und Kuumlhlen



23 Nutzung von Erdreich und Grundwasser zum Kuumlhlen und Speichern

24 Thermische Aktivierung von Bauteilen

3 Planung von Erdwaumlrmeheizungs- und -kuumlhlanlagen







37 Kombination mit anderen regenerativen Quellen

4 Bau von Erdwaumlrmenutzungsanlagen


42 Bohrverfahren


5 Anlagenbetrieb

51 Inbetriebnahme




6 Erdwaumlrme und Recht

61 Rechtliche Rahmenbedingungen der unterschiedlichen Erdwaumlrmenutzungen

62 Dauer der wasserrechtlichen Bewilligung


7 Genehmigungsverfahren Schritt fuumlr Schritt mit Zustaumlndigkeiten

Schritt 1 Abklaumlren einer allfaumllligen Bewilligungspflicht der Waumlrmequellenanlage

Schritt 2 Erstellung der notwendigen Unterlagen und Einreichung

Schritt 3 Ausstellung des Bescheides inkl Auflagen

8 Erdwaumlrmenutzung in Wien

81 Die Geologie von Wien und die Bedeutung fuumlr die Erdwaumlrme


83 Potenzial fuumlr die Nutzung der Erdwaumlrme in Wien

84 Beispiele zu Erdwaumlrmeheizungsanlagen im groszligvolumigen Bau in Wien

Residenzen Hohe Warte

Smart City Demo Aspern

Krankenhaus Goumlttlicher Heiland

9 Daten und Fakten zur Erdwaumlrme im Uumlberblick

10 Literaturhinweise Ansprechpartner nuumltzliche Links

101 zustaumlndige Dienststellen der Gemeinde Wien

102 Ansprechpartner fuumlr Planung Bau und Betrieb von Erdwaumlrmeheizungsanlagen

103 Nuumltzliche Links

104 Rrelevante Gesetze Normen und Richtlinien

AbkuumlrzungSVErzEIcHnIS

cOP CoefficientofPerformanceEA Energieausweis

in der geltenden FassungJAz JahresarbeitszahlLbH Leistungsbeschreibung HochbauLbVI Leistungsbeschreibung Verkehr und

Infrastruktur OumlWAV Oumlsterreichischer Wasser- und AbfallwirtschaftsverbandSIA Schweizerischer Ingenieur- und

ArchitektenvereintgS Thermische Gebaumludesimulationtrt Thermal Response TestVDI Verein Deutscher IngenieureVLt Vorlauftemperatur HeizungVOumlbu V ereinigung Oumlsterreichischer Bohr-

Brunnenbau- und Spezialtiefbau-unternehmungen

IMPrESSuM

Medieninhaber und HerausgeberMagistrat der Stadt WienMagistratsabteilung 20 ndash EnergieplanungLayout Erdgeschoss GmbHLektorat Maga Ulrike Zdimal-LangDruck MA 21 - DruckereiVerlags- und Herstellungsort Wien November 2016

ErdwaumlrmevorausTechnologieleitfadenErdwaumlrme

AutorenDI Richard Niederbrucker geohydrotherm ndash Ingenieurbuumlro fuumlr Geotechnik Geohydraulik und Geothermie2485 Wimpassing ad LeithaEisenstaumldter Straszlige 417

DI Dr Edith HaslingerAIT Austrian Institute of Technology GmbHim Auftrag von geohydrotherm

AuftrAggEbEr Magistratsabteilung 20 ndash Energieplanung

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Erdwärme! voraus - Die Erde als Energiequelle · 2017-04-18 · LbH Leistungsbeschreibung Hochbau...

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