Dr.-Ing. Helmut Hoffmann Leiter des Amtes für Technischen Umweltschutz des Rhein-Sieg-Kreises

1. Nutzung von Erdwärme in Hennef Vortrag am 26-März 2008 in Hennef Dr.-Ing. Helmut Hoffmann Leiter des Amtes für Technischen Umweltschutz des Rhein-Sieg-Kreises Kaiser-Wilhelm-Platz 1, 53721 Siegburg Tel: 02241-132310 Fax: 02241-132218 E-Mail: helmut.hoffmann@rhein-sieg-kreis.de

2. Erdwärmesonden-Wärmepumpen Komplexes Gesamtsystem Einordnung: • Die Wärmepumpe als ein möglicher, regenerativ gespeister Wärmeerzeuger • Das Erdreich als eine mögliche Wärmequelle • Erdwärmesonden als eine mögliche Technik Aber auch komplexes Wechselspiel zwischen: • Gebäude • Wärmebedarf • Heizsystem • Wärmepumpe • Erdwärmesonden • Erdreich Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW

3. Ausgangslage und Zielsetzungdes Projekts Erhoffte Eigenschaften von Erdwärmesonden-Wärmepumpen-Anlagen: • technisch ausgereift • versorgungssicher • leicht handhabbar • wartungsarm • sauber und ungefährlich • ökologisch vorteilhaft • sparsam und wirtschaftlich Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW

4. Sinnvolle Anwendungsgebietefür Wärmepumpenheizanlagen • … vor allem für kleine Gebäude (EFH, 2FH, Kindergärten) und für zu klimatisierende Gebäude (Büros/Verwaltung, Museen, …) • ... in Verbindung mit Niedertemperaturheizsystemen • (Fußbodenheizung, Deckenheizung, Wandheizung) • … vor allem in Neubauten • … vor allem bei Verdrängung von Heizöl • … bei einem günstigen Strombezugspreis • … an emissionssensiblen Standorten (Kurorte, Innenstädte) Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW

5. Geothermische Nutzungssysteme • Erdwärmekollektoren • Zweibrunnensystem • Flache Erdwärmesonde

6. Geothermische Nutzungssysteme • Erdwärmekollektoren Quelle: LFU Bayern

7. Geothermische Nutzungssysteme . Zweibrunnensystem Quelle: www.geothermie.de

8. Geothermische Nutzungssysteme • Flache Erdwärmesonde Quelle: Deutsche geophysikalische Gesellschaft

9. Geothermische Nutzung im Rhein-Sieg-Kreis Über 1000 Anlagen

10. Geothermische Nutzung in Hennef • 82 Anlagen davon • Erdsonden 77 • 2-Brunnensystem 1 • Erdkollektoren 4

11. Geothermische Potential in Hennef Quelle: Geologischer Dienst NRW

12. Geothermische Potential in Hennef Flächeninfo

13. Genehmigungsgrundlagen Vereinfachtes Verfahren nach § 44 LWG Voraussetzungen: • für Erdwärmepumpen außerhalb Wasserschutzgebieten • für Anlagen mit einer Leistung < 50 kJ/s(=50 kW) • bei Bohrtiefen < 100 m • Unbelastetes Grundwasser

14. Genehmigungsgrundlagen Vereinfachtes Verfahren nach § 44 LWG Bedingungen: • Antrag gemäß Formblatt • Anlagen Bescheinigungen eines qualifizierten Unternehmens über Auswirkungen und Errichtung Genehmigung gilt als erteilt, wenn keine Ablehnung innerhalb drei Monate nach Eingang erfolgt Durchschnittliche Bearbeitungsdauer 3-6 Wochen Erlaubnis für 25 Jahre

15. Genehmigungsgrundlagen Standardverfahren mit Genehmigung • Antragstellung wie bei dem vereinfachten Verfahren • Erlaubnis mit Nebenbedingungen

16. Wasserschutzzonen in Hennef

17. Erfahrungswerte aus Baden-WürttembergDie typische Klein-Anlage (EWS und WP-Anlage) • Ø 2,2 (1 bis 5) Doppel-U-Rohr-Sonden mit Ø 88 m (30 m bis 200 m) Sondenlänge • Ø Inbetriebnahme Wärmepumpe Anfang 2004 (1997 bis 2007) • Heizleistung Wärmepumpe Ø 12,5 kW (1 kW bis 30 kW) • > 50 % der Anlagen mit Elektro-Heizstab (Ø 6,7 kW Heizleistung) • 85 % der Anlagen mit Pufferspeicher (Ø 560 Liter Volumen) • 90 % der Anlagen mit Warmwasser-Erwärmung über Wärmepumpe • 12 % der Gebäude auch über WP klimatisiert / gekühlt • 96 % der Anlagen mit Sondervertrag für Strombezug • Jahresstromverbrauch Ø 7.000 kWh (aus 121 Angaben) • 9 % der Anlagen mit Wärmezähler (Unterlagen selten auswertbar) • 22 % der Gebäude mit zusätzlicher solarthermischer Anlage (Ø 10 m2 Kollektorfläche) aus Ø 2002 Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW

18. Erfahrungswerte aus Baden-Württemberg Verwendete Wärmeträgerflüssigkeiten • Überwiegend Wasser-Glykol (Glykolanteil 3 % bis 40 %) • 5 Anlagen mit reinem Wasser (in unterschiedlichen Landkreisen) • 3 Anlagen mit CO2 oder Propan (2 davon im LK Heilbronn) • 2 Anlagen mit Kaliumcarbonat (beide im LK Breisgau-HSW) • 1 Anlage mit Kochsalzlösung (im LK Heilbronn) • Insgesamt 28 Anlagen (23 %) in Wasserschutzgebieten, davon: • 19 Anlagen mit Wasser-Glykol (Glykolanteil 3 % bis 40 %) • 4 Anlagen mit reinem Wasser • 2 Anlagen mit Kaliumcarbonat • 1 Anlage mit einer Kochsalzlösung • 2 Anlagen ohne Angaben zur Wärmeträgerflüssigkeit Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW

19. Erfahrungswerte aus Baden-Württemberg Wärmepumpenheizleistungüber Wohnfläche Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW

20. Erfahrungswerte aus Baden-Württemberg Risiken und ProblemeGrundwasserschutz • Vorab-Aufklärung über Risiken: 50 % • Vertreter Untere Wasserbehörde bei Bohrung anwesend: 20 % • Bei 1 Anlage zeitweise Vereisung/Hebungen/Setzungen des Erdreichs im Bereich der Zuleitungen (nach Erweiterung der Anlage behoben) • Bei 1 Anlage Probleme durch Anbohren eines Artesers • Bei ≥ 1 Anlage Verwendung nicht genehmigter Hinterfüllmaterialien • Bei 4 Anlagen Sondenrücklauftemperatur < 0°C, bei 1 Anlage dauerhaft • In Einzelfällen Niederbringung weiterer Bohrungen • Nachfüllen von Wärmeträgerflüssigkeit: 18 % (meistens 1 x, 1 mal 2 x, 1 mal 3 x; von 0,5 Liter bis 20 Liter) • Schichtenverzeichnis an LGRB übermittelt: > 81 % • Leitfaden des Landes weitgehend unbekannt Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW

21. Erfahrungswerte aus Baden-Württemberg Risiken und Probleme Anlagenauslegung und -effizienz • Probleme bei Planung (12 %), Genehmigung (17 %), Errichtung (23 %), Inbetriebnahme (19 %) und Betrieb (30 %); davon sind 80 % gelöst • Bei ca. 6 Anlagen Unterdimensionierung von EWS und/oder WP • Gefundene Jahresarbeitszahlen: 3,1 / 3,3 / 2,7 (3 Anlagen) • Wartungsvertrag abgeschlossen: 2 % • Motivation Wirtschaftlichkeit = 84 % tatsächlich: • Stromverbrauch erfasst = 98 % • Wirtschaftlichkeit (angeblich) verfolgt = 56 % • Wärmezähler eingebaut = 9 % • ex-post-Wirtschaftlichkeitskontrolle ≈ 0 % • Note für Zufriedenheit mit Wirtschaftlichkeit = 1,4 Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW

22. Erfahrungswerte aus Baden-Württemberg Jahresstromverbrauch über Wärmepumpenheizleistung Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW

23. Erfahrungswerte aus Baden-Württemberg Ansatzpunkte für VerbesserungenAnlagenauslegung und -effizienz Vorbemerkung: Wärmepumpen weisen gegenüber konkurrierenden Wärmeerzeugungssystemen keine speziellen Probleme auf, beinhalten jedoch die Gefahr einer inakzeptablen Jahresarbeitszahl! • Gewährleistung für EWS-Auslegung und Anlageneffizienz: • Vertrag mit einem Partner mit langjähriger Erfahrung • gute Referenzen des Partners und der Unterauftragnehmer • frühzeitige Abstimmung der Beteiligten untereinander • bei Bauträgern: Heizung gesondert beauftragen? • Heizsystemtemperaturen minimieren (Wärmeschutz, Umbauten, Einstellungen) • Notwendigkeit Pufferspeicher hinterfragen • Minimierung Glykolanteil in Wärmeträgerflüssigkeit • Benutzerfreundlichere Bedienung WP-Anlage • regelmäßige Kontrolle Stromverbrauch (mindestens monatlich) • Einbau und regelmäßige Ablesung Wärmezähler • Angebot Fernüberwachung durch Anbieter • Bereitstellung neutraler Informationen (v. a. Anlageneffizienz, Stromverbrauch/Jahresarbeitszahl) Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW

24. Erfahrungswerte aus Baden-Württemberg Ansatzpunktefür Verbesserungenbei Bohrunternehmen Vorbemerkung: Spezielle Überwachung und Kontrolle der Bohrunternehmen wegen hoher (auch finanzieller) Risiken ratsam! • unabhängige Überwachung des Bohrunternehmens (z. B. durch Untere Wasserbehörde, Sachverständigen, Geologen)! • offene Benennung der Risiken in Gesprächen und Unterlagen • neutrale Musterausschreibung, neutraler Mustervertrag • Abpufferung / Gestaltung der Wartezeit bis Bohrbeginn • Minimierung der Schmutzentwicklung beim Bohren und beim Abtransport des Bohrguts Quelle: Klimaschutz- und Energieagentur BW

25. Quellenangaben:1.Studie im Auftrag des Landes Baden-WürtembergErgebnisse der Evaluierung von 150 bestehenden Erdwärmesonden-WärmepumpenanlagenDr.-Ing. Martin SawillionKEA Klimaschutz- und Energieagentur Baden-Württemberg GmbH Kaiserstr. 94 a 76133 Karlsruhe2.Gothermische Potentiale in NRW CD-Rom Geologischer Dienst NRWDe-Greiff-Str. 19547803 KrefeldTel.-Nr. 02151-897-0