7. Geothermische Fachtagung Landau - Geothermal Response Test

Wulf Brandt, Thomas Hanschke & Holger Kaiser
AETNA Energiesysteme GmbH Wildau, H.S.W. GmbH Rostock
Zum Stand der Nutzung der oberflächennahen Geothermie in
Norddeutschland
Zusammenfassung
In Norddeutschland sind aufgrund der spezifischen Geologie gute Bedingungen für
die Nutzung der Oberflächennahen Geothermie mit erdgekoppelten Wärmepumpen
gegeben.
Anwendungen der oberflächennahen Geothermie bzw. die thermische Nutzung des
oberflächennahen Untergrunds haben in den vergangenen 2 Jahren in
Norddeutschland spürbar zugenommen. Durch die regionalen Erfahrungsträger
werden jetzt verstärkt anspruchsvolle Projekte der saisonalen Speicherung von Wärme
und Kälte im oberflächennahen Untergrund umgesetzt.
An mehreren Beispielen wird die Umsetzung innovativer Großprojekte in
Norddeutschland, die unter Mitwirkung der Autoren entstanden, vorgestellt und über
erste Betriebserfahrungen berichtet. Darüber hinaus werden in Planung befindliche
Vorhaben vorgestellt und ein Ausblick zur weiteren Entwicklung der innovativen
Energietechnologie gegeben.
Eine angepasste geologische Standorterkundung und eine anschließende
Bohrlochvermessung mittels Geothermal Response Test werden dargestellt. Der
kompetente Einsatz spezieller numerischer Berechnungsverfahren für die Bemessung
der Quellenanlagen, sowie deren neue Rolle für Prognose und Dokumentation im
bergrechtlichen und wasserrechtlichen Verfahren werden diskutiert.
Die Erfahrungen bei der Umsetzung verschiedener Anlagen haben gezeigt, dass die
Nutzung der oberflächennahen Geothermie bei optimierter Auslegung für Heizen und
Kühlen bereits ohne Förderung eine wirtschaftliche Alternative zu herkömmlichen
Wärmeversorgungssystemen sein kann.
Oberflächennahe Geothermie in Norddeutschland
Durch die stete Energiepreissteigerung bei Öl und Gas hat die Nachfrage bei den
oberflächennahen geothermischen Nutzungen für die wirtschaftliche und
umweltgerechte Klimatisierung von Gebäuden in Norddeutschland sprunghaft
zugenommen.
Aufgrund der technischen Innovationen und der relativ moderaten Bohrpreise (hier:
Erdwärmesonden, Brunnen) sind die wirtschaftlichen Bedingungen für die Errichtung
erdgekoppelter Wärmepumpen so günstig wie nie zuvor.
Gemäß Planungsempfehlungen der Länderarbeitsgemeinschaft ARGEBAU (LAG
1998) sind Neubauten im öffentlichen Sektor verbindlich unter dem Gesichtspunkt der

Energieeinsparung und des Umweltschutzes zu planen. Dies beinhaltet den Einsatz
regenerativer Energien, insbesondere auch der oberflächennahen Geothermie bzw. die
thermische Nutzung des Untergrundes.
Dank des intensiven Engagements innovativer Architekturbüros, der Investoren und
Generalplaner sowie der zügigen Durchführung der Genehmigungsverfahren zeichnet
sich für Norddeutschland bezüglich der Etablierung der Nutzung der
oberflächennahen Geothermie eine sehr dynamische Entwicklung ab.
Die gesamte bis zum Ende des Jahres 2004 im norddeutschen Raum installierte
Leistung größerer Anlagen zur Nutzung der oberflächennahen Geothermie bzw. zur
thermischen Nutzung des Untergrundes wird auf eine Größenordnung von 4 MW
geschätzt. Weitere Großprojekte zur Nutzung der oberflächennahen
Geothermie/thermische Nutzung des Untergrundes in Norddeutschland befinden sich
gegenwärtig in der Planung bzw. stehen kurz vor der Realisierung.
Eine Umfrage bei einigen Wärmepumpenherstellern in Norddeutschland ergab eine
jährliche Steigerung der Verkaufszahlen erdgekoppelter Wärmepumpen zwischen 15
und 50 %.
Die Aussichten für die Folgejahre gestalten sich nach Ansicht der befragten Hersteller
ähnlich optimistisch.
Innovation bei der oberflächennahen Geothermie
In Norddeutschland ist eine Zunahme bei der Errichtung von Energiepfahlanlagen zu
beobachten. Die traditionellen Hersteller von Gründungspfählen in Norddeutschland
haben die Entwicklung des Marktes erkannt und eigene Energiepfahlsysteme
entwickelt bzw. betreiben gegenwärtig einen zum Teil erheblichen
Entwicklungsaufwand.
Technisch anspruchsvolle innovative Konzepte der Nutzung der oberflächennahen
Geothermie/thermische Nutzung des Untergrundes ergeben sich vor allem bei der
Kombination der Quellenanlagen (z.B. Energiepfähle, Erdwärmesonden,
Oberflächenwasser, Grundwasser) aber auch durch Kombination der erdgekoppelten
Wärmepumpe mit anderen umweltfreundlichen Versorgungslösungen (hier:
Fernwärme, Solarthermie, Gas-Brennwerttechnik). Durch die sinnvolle Kombination
der verschiedenen Energietechniken lassen sich die Investitionskosten zur Wärmeund
Kälteversorgung mit erdgekoppelten Wärmepumpen häufig stark reduzieren,
ohne auf einen hohen Anteil von Erdwärme in der Gesamtbilanz Heizen (Kühlen)
verzichten zu müssen.
Allerdings erfordern derart komplexe Anlagen einen höheren Aufwand zur Steuerung
und Regelung zur effektiven Umsetzung ihrer Zielstellung zur
Primärenergieeinsparung.
Aktuelle Probleme
Die dynamische Entwicklung auf dem norddeutschen Markt für erdgekoppelte
Wärmepumpen hat aber auch zu Problemen geführt. In zunehmendem Maße
beobachten wir Fehlbemessungen und eine mangelhafte Ausführungsqualität vor
allem im Bereich kleinerer Erdwärmesondenanlagen.
Das schwierige Marktumfeld der Heizungsinstallationsbetriebe hat dazu geführt, dass
vermehrt unerfahrene Installationsbetriebe die Errichtung erdgekoppelter
Wärmepumpen anbieten. Fehlende Schulung der Installateure sowie ein sich

abzeichnender Preiskampf führen teilweise dazu, dass elementare Regeln der VDI
4640 bei der Anlagenerrichtung nicht beachtet werden bzw. Qualitätsanforderungen
insbesondere auf der Wärmequellenseite nicht eingehalten werden können. Diese
Entwicklung gefährdet ein nachhaltiges Wachstum bei der Nutzung der
oberflächennahen Geothermie.
Aus unserer Tätigkeit sind verschiedene Fälle fehlbemessener oder nicht
gebrauchsfähiger Erdwärmesondenanlagen bekannt, die teilweise zu Rechtsstreitigkeiten
zwischen Bauherrn und Installationsbetrieb geführt haben.
Ziel und Intention der agierenden Planungsbüros und Genehmigungsbehörden ist eine
nachhaltige Etablierung der innovativen Energietechnik. Die fachgerechte Planung
und Bemessung der Anlagen, sowie die Ausführung der Bohr- und
Installationsarbeiten durch qualifizierte Fachbetriebe sind die Grundlage für ein
anhaltendes Wachstum des norddeutschen Erdwärmemarktes. Die Unterstützung des
Bauherrn durch erfahrene Ingenieure und Geologen bei der Kontrolle der Bemessung
und der Ausführung des Untertageteils hat sich als ein wirksames Instrument der
Qualitätssicherung erwiesen.
Geologische Bedingungen
Norddeutschland weist aufgrund seiner spezifischen Geologie gute bis sehr gute
Bedingungen für die Nutzung der oberflächennahen Erdwärme bzw. für die
thermische Nutzug des Untergrundes mit erdgekoppelten Wärmepumpen (hier
Systemvarianten: Erdwärmesondenanlagen, Energiepfähle, Brunnen) auf.
Regional tätige Bohrbetriebe haben in den vergangenen Jahren erfolgreich ihre
Technik für die besonderen Aufgabenstellungen angepasst. Ein sehr häufig
eingesetztes Bohrverfahren ist das direkte Spülbohren.
Wegen der bevorzugten Nutzung pleistozäner Grundwasserleiter im norddeutschen
Raum für die Trinkwassergewinnung und der teilweisen Ausbildung von artesisch
gespannten Grundwasser in glaziären Depressionslagen werden von den
Genehmigungsbehörden regionale Referenzen, Leistungsfähigkeit und fachliche
Qualifikation bzw. eine Zertifizierung der Bohrbetriebe gefordert und durchgesetzt.
In Nordostdeutschland ist in den oberflächennahen Schichten ein "normal"
ausgeprägter geothermischer Gradient mit durchschnittlich folgendem
Temperaturregime anzutreffen (Iffland & Lückstätt, 2001):
0-100 m 9-11 ° C
>100 m >11 ° C.
Unterschiede der geothermischen Ergiebigkeit der Wärme- bzw. Kältequellen
resultieren im Wesentlichen aus den unterschiedlichen thermohydrodynamischen
Eigenschaften der pleistozänen Grundwasserleiter (Sande bis Kiese) bzw.
Grundwassergeringleiter (Geschiebemergel, Ton-Schluff-Komplex, organogene
Ablagerungen).
Geothermal Response Tests
Stratigraphie und petrographische Fazies der holozänen und pleistozänen
Ablagerungen Norddeutschlands können erhebliche Unterschiede bei der thermischen
Leitfähigkeit der Typussubstrate bewirken (siehe Tabelle).
So sind durch verschiedene Geothermal Response Tests in Norddeutschland u.a. für
Geschiebemergel teilweise auf engstem Raum Werte für die thermische Leitfähigkeit

in einem Band von 1,4 bis 2,2 W/m x K nachgewiesen worden (Messungen: AETNA
Energiesysteme GmbH).
Unterschiedliche Lagerungsdichten aufgrund der spezifischen Genese der holozänen
und pleistozänen Grundwasserleiter können ebenfalls starke Unterschiede bei der
thermischen Leitfähigkeit bewirken.
Die starke Schwankungsbreite der per Geothermal Response Test nachgewiesenen
thermischen Leitfähigkeit für die Typussubstrate im norddeutschen Raum
unterstreicht die Notwendigkeit der Durchführung dieser in - situ Tests für
individuelle Standorte, wenn mittlere bis große Erdwärmesondenfelder bzw.
Energiepfahlanlagen realisiert werden sollen.
Tabelle: Wertebereiche der Thermischen Leitfähigkeit aus geothermal response Tests
für ausgewählte Typussubstrate in Norddeutschland (Messergebnisse AETNA
Energiesysteme, Wildau)
Typussubstrat Thermische Leitfähigkeit l /W/m x K)
Geschiebemergel 1,4 - 2,25
Ton, Beckenton
Schluff (glazilimnisch) 1,4 - 1,9
Sande (glazial, wassergesättigt) 1,6 - 2,4
Mudde 0,5 - 0,8
Kreide (Schreibkreide, geklüftet) 1,3 – 2,3
Thermohydrodynamische Simulation der Quellenanlagen
Die thermohydrodynamische Simulation mit numerischen Modellen ist für mittlere bis
größere Erdwärmesondenfelder, Energiepfahlanlagen und Grundwasserwärmepumpen
Stand der Technik (u.a. Empfehlung in der VDI-Richtlinie 4640).
Für mittlere und große Anlagen ist ein Nachweis der Unbedenklichkeit für das
Grundwasser bzw. des nachhaltig schutzgutneutralen Betriebs mit Hilfe einer
numerischen Simulation des thermischen Regimes im Untergrund zwingend
erforderlich. Gemäß Forderungen des §3 WHG Abs. 2 müssen für den Betrieb auch
von Erdwärmeanlagen dauernde bzw. in nicht nur unerheblichen Ausmaß schädliche
Veränderungen der physikalischen, chemischen oder biologischen Beschaffenheit des
Grundwassers grundsätzlich ausgeschlossen werden.
Aufgrund der realisierbaren hohen zeitlichen und räumlichen Diskretisierung weisen
numerische Modelle gegenüber analytischen Lösungsverfahren bei der Bemessung der
Quellenanlagen erhebliche Vorteile auf. Nur wenige spezialisierte numerische
Modelle berücksichtigen sowohl Wärmeleitung der Matrix als auch Wärmetransport
mit dem Grundwasser (u.a. FEFLOW, FMH3, Hst 3d).
Für verschiedene projektbezogene numerische Modellstudien wurde das
Programmsystem FEFLOW ® 5.0 zur Prognose der potentiellen Beeinflussung des
Temperaturregimes der holozänen und pleistozänen Grundwasserleiter herangezogen.
Unter Ansatz der gemäß hydrogeologischen Primärdaten ausgewiesenen
Grundwasserdynamik wurden die geplanten Anlagen für die Betriebszeit und eine
Wiederangleichungsphase erfolgreich simuliert.
Gegenwärtig laufen praxisnahe Untersuchungen zur inversen Simulation von
Geothermal Response Tests mit dem Ziel, die Aussagegenauigkeit zu erhöhen und den
Aufwand für die Auswertung zu reduzieren.

Die numerische thermohydrodynamische Simulation mit FEFLOW ® 5.0 ermöglicht
die realistische Simulation komplexer Anwendungsfälle bezüglich anspruchsvoller
Geometrien (z.B. unregelmäßige Anordnung von Erdwärmesonden im
Erdwärmesondenfeld) sowie der Nachbildung hochdynamischer Lade- und
Entladeprozesse von Wärme.
Ein großer Vorteil ist, dass der Einfluss der Grundwasserströmung auf die
geothermische Entzugsleistung bzw. den Speichernutzungsgrad verlässlich
abgeschätzt werden kann. Daraus ergeben sich erhebliche potentielle Einsparungen
bei den Investitionskosten der Quellenanlage.
In bisherigen Anwendungen haben sich die finanziellen Aufwendungen für die
Erstellung numerischer thermohydrodynamischer Modelle durch investitionsseitige
Kostenreduzierungen amortisiert.
Temperaturfeld im Bereich eines großen Erdwärmesondenfeldes mit Einfluss der
Grundwasserströmung berechnet mit FEFLOW® 5.0, mehrschichtiges 3D
Grundwassermodell, H.S.W. GmbH Rostock, 12/2002
Kühlung mit dem Untergrund
Aufgrund des sich vollziehenden Klimawandels und der angestrebten Verbesserung
des Klimatisierungskomforts wird ein steigender Kühlbedarf für den Gebäudebestand
in Deutschland vorausgesagt. Zur Kältebereitstellung bietet die umschaltbare
erdgekoppelte Wärmepumpe eine sehr wirtschaftliche Lösung.

Für Büro- und Geschäftshäuser rückt gegenwärtig die Bereitstellung von Kälte durch
die thermische Nutzung des Untergrundes in den Mittelpunkt des Interesses, da
Betriebskosten nachhaltig gesenkt werden können.
Der saisonale Wechsel von Heizen und Kühlen mit dem Untergrund erhöht die
Wirtschaftlichkeit der erdgekoppelten Wärmepumpe, da Wärme und Kälte jedes Jahr
„recycelt“ werden. Die Mehrkosten für den Einsatz einer reversiblen erdgekoppelten
Wärmepumpe amortisieren sich durch die massive Einsparung bei den Betriebskosten
(Heizung, Kühlung) bei günstigen Randbedingungen innerhalb von 4 bis 8 Jahren.
Voraussetzung dafür ist eine möglichst weitgehend ausgeglichene Wärmebilanz, die
durch hohe spezifische Wärmeleistungen zur Senkung der Investitionskosten im
Untertageteil führt.
Der nutzbare Anteil der „freien“ Kühlung über Erdwärmesonden ist dagegen wegen
der geringen Temperaturdifferenzen zwischen Wärmequelle (Gebäude) und der
Wärmesenke Untergrund selbst bei günstigen hydrogeologischen Randbedingungen
und einem Hochtemperaturkühlsystem begrenzt.
Kurzportrait einiger Großprojekte in Norddeutschland
Kunsthalle Emden
Das Museum erhielt 1999 einen Erweiterungsbau. In diesem Zusammenhang wurden
11 Erdwärmesonden von je 250 m Tiefe zum Heizen und Kühlen unter äußerst
beengten Platzverhältnissen errichtet. Sie dienen seither als Wärmequelle bzw.
Wärmesenke für die in das Klimatisierungssystem eingeordneten Propan-
Wärmepumpen.
Quelle: www.kunsthalle.conne.net
Die konservatorischen Anforderungen erfordern die Einhaltung eines hohen Standards
hinsichtlich Luftfeuchte und Temperatur. Der Einsatz der Erdwärmesondenanlage
ermöglicht bei einer Nutzung über einen großen Zeitraum des Jahres in Verbindung

mit der Wärmerückgewinnung die Reduzierung des Primärenergiebedarfs des
Gebäudes auf ca. 50% im Vergleich zu einer konventionellen Lösung.
AETNA Energiesysteme GmbH führte auf der Grundlage eines Geothermal Response
Testes die Dimensionierungsrechnungen zur Anpassung an die Standortverhältnisse
durch und realisierte die Anbindung an die Wärmepumpenanlage.
Erdwärmesondentemperatur im Jahresgang (Quelle: www.kunsthalle.conne.net)
Universitätsbibliothek Rostock
Im Neubau der Universitätsbibliothek der Universität Rostock (Mecklenburg-
Vorpommern) wird das Heizen (ca. 60 kW) und die sommerliche Kühlung (ca. 120
kW) seit Ende 2003 für bestimmte Gebäudeteile (u.a. Büchermagazin) durch die
geothermische Nutzung des Untergrunds realisiert.
Die Gewinnung von Erdwärme und „Erdkälte“ erfolgen am Standort über ein
Erdwärmesondenfeld von 28 Erdwärmesonden, die jeweils bis in 80 m Tiefe in das
Erdreich eingebracht sind. Die Tiefe von 80 m ist von Geologen im Ergebnis der
Auswertung von Erkundungen und eines Geothermal Response Tests bestimmt
worden.
Eine wichtige Voraussetzung für die Erschließung der nahezu konstanten
Erdreichtemperaturen von ca. 10 C ° bis in eine Tiefe von ca. 80 m ist durch die
gebäudeseitige Bauteilaktivierung (aktive Decken) gegeben.
Durch den Betrieb der Anlage können Emissionen des klimaschädigenden
Treibhausgases CO 2 eingespart sowie langfristig die Betriebskosten gesenkt werden.
Die Universität Rostock führt mit den Studenten verschiedener Fachbereiche
wissenschaftliche Langzeitversuche an der Geothermieanlage durch.
Die Erdwärmesondenanlage der neuen Universitätsbibliothek ist in Ihrem Umfang
gegenwärtig die größte in Mecklenburg-Vorpommern.
Der Generalplaner für die Geothermieanlage war die INROS Planungsgesellschaft
mbH Rostock.

Bohrarbeiten am Neubau der Universitätsbibliothek Rostock (Quelle: H.S.W. GmbH
Rostock)
Energiepfahlanlage Silohalbinsel Hansestadt Rostock
Auf der Silohalbinsel des Stadthafens der Hansestadt Rostock (Mecklenburg-
Vorpommern) wurden Anfang 2004 die Arbeiten zur Modernisierung der ehemaligen
Speichergebäude am Stadthafen (Silo 4 und 5) zum architektonisch sowie
energietechnisch innovativen Businesscenter (Deutsche Immobilien
Verwaltungsgesellschaft mbH & Co. KG) abgeschlossen. Federführend war das
Architekturbüro Beyer & Partner, Rostock.
Schon in den ersten Entwürfen wurde eine Bauteilaktivierung des Businesscenters
vorgesehen und damit die Voraussetzung für eine wirtschaftliche geothermische
Nutzung des Untergrunds geschaffen.
Die schwierigen Baugrundverhältnisse am Standort (organische Weichschichten bis
ca. 15 m Mächtigkeit) erforderten die Realisierung der Gründung von notwendigen
peripheren Bauwerken (u. a. Tiefgarage) als Pfahlgründung.
Die 264 jeweils 19 m langen Stahlbetonfertigpfähle wurden mit Rohrleitungen belegt
und dienen als Energiepfähle zur saisonal wechselnden Gewinnung von Wärme bzw.
Kälte aus den oberflächennahen Schichten.
Ergänzend zur Nutzung von Energiepfählen wird in optimierten Temperatur- und
Zeitintervallen Oberflächenwasser aus dem Hafenbecken thermisch genutzt. Durch
die Kombination von reversibler Wärmepumpenanlage und Bauteilaktivierung wird
das Businesscenter auf dieser Grundlage zu jedem Zeitpunkt des Jahres sehr effizient
und umweltschonend mit Wärme oder Kälte (220 kW) versorgt. Durch die Nutzung
der Energiepfahlanlage zur Bereitstellung von Kälte und Wärme ergeben sich
besonders bei der Gebäudekühlung erhebliche Einsparungen bei den CO 2-Emissionen
sowie bei den Betriebskosten. Zur Spitzenlastabdeckung dient der Fernwärmeanschluss
des Gebäudes.

Businesscenter am Stadthafen Rostock (Quelle: DEUTSCHE IMMOBILIEN AG
Rostock)
Erdwärmesondenanlage Nationalparkzentrum Königsstuhl
(Rügen)
Anfang 2004 eröffnete das Nationalparkzentrum seine interessanten
Ausstellungsräume. Aus einem 1893 als Hotel errichteten Gebäude mit äußerst
wechselvoller Geschichte (von 1945 bis 1990 militärische Nutzung) entstand ein
Nullenergiehaus, in dem eine Erdwärmesondenanlage (8 EWS bis in 150 m Tiefe) für
das Kühlen und Heizen mittels Wärmepumpe (90 kW) sorgt. Die Fotovoltaik- und die
thermische Solaranlage runden das vom Ingenieurbüro Ewe, Leukersdorf, geplante
Energiesystem ab.
Die Durchführung der Bohrungen (NBB GmbH, Hamburg) gestaltete sich in der stark
klüftigen steil stehenden Kreide des Königsstuhls durch totalen Spülungsverlust und
Antreffen von Flintsteinlagen schwierig. Durch Umstellung auf belüftete Spülung
konnten die Bohrungen erfolgreich abgeteuft werden.
Die geologische, technologische Begleitung und Qualitätsüberwachung oblagen
H.S.W. GmbH bzw. AETNA Energiesysteme GmbH.
Bei der Verfüllung mit Stüwatherm mussten für eine gute thermische Anbindung der
Kluftbereiche sehr große Mengen eingesetzt werden. Die Anlage wurde im Frühjahr
2004 in Betrieb genommen. Die mit der installierten Gebäudeleittechnik
aufgenommenen Daten bilden eine gute Grundlage für das zukünftig vorgesehene
Monitoring.

Nationalparkzentrum Königsstuhl (Stubnitzhaus) (Quelle: www.koenigsstuhl.com)
Mit belüfteter Spülung aus der EWS - Bohrung ausgetragene Flintsteine
Kombinierte Energiepfahl- und Erdwärmesondenanlage
Verwaltungsgebäude Fa. Buhlmann Bremen
Im Rahmen des Bauvorhabens Neubau des Verwaltungsgebäudes Fa. Buhlmann in
der Hansestadt Bremen war wegen der schwierigen Baugrundbedingungen eine
Tiefgründung mit Ortbetonpfählen erforderlich.
Auf Betreiben der verantwortlichen Gruppe GME Architekten + Designer Bremen
wurde eine Studie zu den Möglichkeiten des wirtschaftlichen und umweltfreundlichen
Heizens und Kühlens des Bürogebäudes über Energiepfähle beauftragt. Die vorläufige

geothermische Leistungsprognose ergab eine mögliche Leistung der
Energiepfahlanlage von ca. 50 kW. Durch die Energiepfähle werden mineralische
Ablagerungen der tidebeeinflussten pleistozänen Hochterrasse (Wesersande)
angefahren. Deshalb wurden besonders hohe geothermische Entzugsleistungen
erwartet. Ein Geothermal Response Test in Bremen am Zentralkrankenhaus Bremen –
Ost hatte dies eindrucksvoll belegt.
Aufgrund der günstigen geologischen Bedingungen und verfügbarer Flächen am
Standort wurden am Standort zusätzlich 13 Erdwärmesonden a 77 m in den
Untergrund eingebracht.
Insgesamt können so durch die Geothermiezentrale ca. 100 kW Heiz- bzw.
Kühlleistung aufgebracht werden.
Zur Abdeckung der Wärme-Bedarfsspitzen des Neubaus wurde ein Gaskessel
installiert.
Die komplette Errichtung der erdgekoppelten Wärmepumpenanlage erfolgte durch die
Firma Zent Frenger. Die installierte GEOZENT-Anlage besitzt eine Heizleistung von
ca. 100 kW und eine Kälteleistung von ca. 80 kW. Gegenwärtig befindet sich die
Anlage im Probebetrieb.
Neubau des Verwaltungsgebäudes der Firma Buhlmann in der Hansestadt Bremen
(Quelle: Gruppe GME Architekten + Designer, Bremen)
Kombinierte Energiepfahl- und Erdwärmesondenanlage Neubau
Büro- und Geschäftshaus Doberaner Platz (Hansestadt Rostock)
In der Doberaner Straße 153-155, Hansestadt Rostock (Mecklenburg-Vorpommern)
entsteht bis Ende 2004 ein architektonisch sowie energietechnisch anspruchsvolles
Büro- und Geschäftshaus (Bauherr Müller-Spreer). Federführend sind die
Architekturbüros Matrix und Maringer + Partner, Rostock.
Die Planer hatten schon in den ersten Entwürfen eine Bauteilaktivierung des Büround
Geschäftshauses vorgesehen und damit die Voraussetzung für eine wirtschaftliche

geothermische Nutzung des Untergrundes geschaffen. Wärmebedarf und Kühlbedarf
(50 kW Wärme und ca. 40 kW Kälte) werden zukünftig ausschließlich durch das
innovative Heiz- bzw. Kühlsystem abgedeckt.
Im Rahmen einer geologischen Recherche und im Ergebnis der Auswertung eines
Geothermal Response Tests wurden für den Standort Möglichkeiten der
geothermischen Nutzung des Untergrundes zur Bereitstellung von Wärme und Kälte
untersucht.
Die schwierigen Baugrundverhältnisse am Standort (organische Weichschichten bis
ca. 10 m Mächtigkeit) erforderten die Realisierung einer Pfahlgründung. Hier
schlugen die Planer eine geothermische Aktivierung der Gründungspfähle zu
Energiepfählen vor.
Die 32 jeweils ca. 10 m langen Bohrpfähle wurden mit Rohrleitungen belegt und
dienen als Energiepfähle (EPF) zur saisonal wechselnden Gewinnung von Wärme
bzw. Kälte aus den oberflächennahen „angefahrenen“ Schichten.
Ergänzend zu den Energiepfählen werden 14 Erdwärmesonden (Gesamtlänge ca. 940
m, Tiefe bis maximal 99 m) genutzt.
Durch die Kombination von reversibler erdgekoppelter Wärmepumpenanlage (Heizund
Kühlbetrieb) und Bauteilaktivierung wird das in Bau befindliche Büro- und
Geschäftshaus zu jedem Zeitpunkt des Jahres sehr effizient und umweltschonend mit
Wärme oder Kälte versorgt.
Durch die geothermische Nutzung des Untergrundes zur Bereitstellung von Kälte und
Wärme ergeben sich erhebliche Einsparungen bei den Betriebskosten.
Das Wirtschaftsministerium Mecklenburg-Vorpommern wird die innovative
Anlagentechnik voraussichtlich mit 25 % fördern.
Neubau des Büro- und Geschäftshauses Doberaner Straße Hansestadt Rostock
(Quelle: Matrix Architekten, Rostock)

Zusammenfassung/Ausblick
Aufgrund der fortschreitenden Verteuerung der Primärenergieträger ist zukünftig mit
einer verstärkten Entwicklung bei der Nutzung der oberflächennahen Geothermie
bzw. thermischen Nutzung des Untergrundes auszugehen.
Nicht zuletzt die sehr erfolgreiche Realisierung von Referenzprojekten in ganz
Norddeutschland hat die Bekanntheit und das öffentliche Interesse an der innovativen
umweltfreundlichen Energietechnik erheblich verbessert.
Für einige der gegenwärtig in Planung befindlichen Objekte mit Heizung und
Kühlung aus dem Untergrund ist die Wirtschaftlichkeit der Maßnahme bereits ohne
umfangreiche Förderung erreichbar. Wir erwarten deshalb insbesondere aus dem
privaten Sektor des Wohnungs- und Gewerbebaus zukünftig eine spürbare Zunahme
der Investitionen in die neue Energietechnik.
Unter Berücksichtigung der zahlenmäßigen Zunahme der Bauprojekte mit einer
Nutzung der Oberflächennahen Geothermie bzw. bei der thermischen Nutzung des
Untergrundes darf die strikte Einhaltung der qualitäts- und umweltrelevanten
Standards (u. a. VDI 4640, W 120) nicht unberücksichtigt bleiben. Der Einsatz von
Fachbohrfirmen und einer geologischen Fachbauleitung ist unabdingbar bei der
Ausführung der Wärmequellenanlagen.
Im Ergebnis der Auswertung von ca. 25 Geothermal Response Tests aus dem
norddeutschen Raum repräsentativ für holozäne und pleistozäne Typussubstrate wurde
eine starke Varianz der thermischen Leitfähigkeit festgestellt, die im wesentlichen auf
eine unterschiedliche Lithologie zurückzuführen ist.
Damit bleibt der Geothermal Response Test unerlässlich für die wirtschaftliche
Bemessung und den gesetzeskonformen Betrieb von Anlagen zur Nutzung der
oberflächennahen Geothermie.