Grundwasser

Direkte Grundwassernutzung über einen Brunnenausbau Wärmequelle Grundwasser - ganzjährig gleichbleibende Temperatur

Grundwasser verfügt das ganze Jahr hindurch über eine etwa gleichbleibende Temperatur von 7 bis 12°C. Daher muß das Temperaturniveau, verglichen mit anderen Wärmequellen , nur relativ gering angehoben werden, um für Heizzwecke genutzt werden zu können.
Ist Grundwasser in der notwendigen Menge und Qualität vorhanden, so sollte es als Wärmequelle verwendet werden. Aufgrund der hohen Wärmequellentemperatur erreichen Wasser/Wasser Wärmepumpen höhere Leistungszahlen. Es ist allerdings empfehlenswert- dies gilt für das Ein-und Zweifamilienhaus-, daß das Grundwasser nicht aus größeren Tiefen als ca. 15m gepumpt wird. Der Kostenaufwand für die Förderanlage wäre sonst zu hoch. Für Gewerbe- oder Großanlagen können jedoch auch größere Fördertiefen durchaus sinnvoll sein.
Entnahme und Wiedereinleitung müssen in Grundwasserfließrichtung erfolgen, damit ein “Strömungskurzschluss” ausgeschlossen werden kann. Zwischen Entnahme (Förderbrunnen ) und Wiedereinleitung (schluckbrunnen) sollte ein Abstand von ca. 10 bis 15 m eingehalten werden. Mit Hilfe einer Förderpumpe wird das Grundwasser zum Verdampfer der Wärmepumpe transportiert. Dort gibt es seine Wärme an das Arbeits- bzw. Kältmittel ab, das dabei verdampft. Das Grundwasser kühlt je nach Auslegung um bis zu 5 °C ab, wird aber ansonsten in seiner Beschaffenheit nicht verändert. Anschließend wird es über einen Schluckbrunnen wieder dem Grundwasser zugeführt.



 

Hydraulische Parameter

Förderbrunnen
Das Grundwasser für die Wärmepumpe wird dem Untergrund über einen oder mehre Förderbrunnen entnommen. Die Brunnenleistung muss eine Dauerentnahme für den Nenndurchfluss der angeschlossenen Wärmepumpe gewährleisten. Dies entspricht etwa 0,25 m3/h je Kilowatt Verdampferleistung. Die Ergiebigkeit eines Brunnens hängt von den örtlichen geologischen Gegebenheiten ab. Sie ist Pumpversuche nachzuweisen.


Schluckbrunnen
Das von der Wärmepumpe abgekühlte oder erwärmte Grundwasser wird über einen oder mehrere Schluckbrunnen dem Untergrund wieder zugeführt. Dieser muss in Grundwasserfließrichtung in ausreichendem Abstand vom Förderbrunnen gebohrt werden.
Die Temperaturveränderung des in den bzw. die Schluckbrunnen zurückgeleiteten Grundwassers sollte +/- 6K nicht überschreiten.
In einer unklaren geologisch-hydrogeologischen Situation sollte eine Probebohrung ausgeführt werden. In dieser Bohrung ist ein Pumpversuch und gegebenenfalls eine geophysikalische Vermessung nach DVGW W 110 (Geophysikalische Untersuchungen in Bohrlöchern und Brunnen zur Erschließung von Grundwasser) durchzuführen.

Hydrochemische Parameter
Bei sauerstofffreien Grundwässern mit niedrigem Redox-Potential können Brunnen bei Vorhandensein von Eisen und Mangan verockern. In diesen Fällen sind besondere Vorsichtsmaßnahmen zu treffen. Ein solches Grundwasser darf nicht mit der Umgebungsluft in Kontakt kommen. Das gesamte System muss deshalb geschlossen sein und permanent unter Überdruck stehen. Andernfalls ist eine Wasseraufbereitung durch Entzug von Eisen und Mangan notwendig. Zur Beurteilung der Verockerungsgefahr sind eine Analytik auf Eisen und Mangan und die Feststellung des ph-wertes erforderlich.
Abhängig von der Zusammensetzung der Inhaltsstoffe eines Grundwassers kann die Korrosionsgefahr für metallische und Betonbauteile unterschiedlich groß sein. Das Grundwasser ist daher gemäß DIN 50930, Teil1 bis 5 (Korrosion metallischer Werkstoffe im Innern von Rohrleitungen, Behältern und Apparaten bei Korrosionsbelastung durch Wässer) und gegebenenfalls auch gemäß DIN 4030, Teil1 und 2 (Beurteilung betonangreifender Wässer, Böden und Gase) zu untersuchen.
Kalkausfällungen spielen bei Temperaturänderungen +/- 6K keine Rolle.
Bei größeren Anlagen sollte zur Beurteilung der Grundwasserqualität in jedem Fall eine Analyse auf alle Haupt- Wasserinhaltsstoffe und allgemeinen Parameter gemäß folgender Liste durchgeführt werden:


- Temperatur
- pH-Wert
- O2- Gehalt
- Leitfähigkeit
- Redox-Potential
- Calcium
- Magnesium
- Natrium
- Kalium
- Eisen
- Mangan
- Nitrat
- Phosphat
- Sulfat
- Chlorid
- Hydrogencarbonat
- Ammonium
- gegebenenfalls weitere Parameter


Die Parameter Temperatur, pH Wert, elektrische Leitfähigkeit, Redox-Potential und O2-Gehalt sind bei der Probenentnahme zu bestimmen.
Aus der Kenntnis dieser Parameter kann das untersuchende Labor oder Fachinstitut die Eignung des Wassers für den Einsatz mit Wärmepumpen im Hinblick auf die o.g. Faktoren beurteilen.
Handelt es sich bei dem geplanten Standort um eine Altlastenverdachsfläche, so ist jeden Fall auch auf die dort relevanten organischen Stoffe zu analysieren.