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VDI Fachbereich Energiewandlung und -anwendung

Richtlinienreihe VDI 4640 "Thermische Nutzung des Untergrunds"

Richtlinienreihe VDI 4640 "Thermische Nutzung des Untergrunds" (Bild: Bundesverband Wärmepumpe)
Richtlinienreihe VDI 4640 "Thermische Nutzung des Untergrunds" (Bild: Bundesverband Wärmepumpe)

Die Richtlinienreihe VDI 4640 „Thermische Nutzung des Untergrunds“ besteht aus vier Blättern:

 


Der Untergrund kann als Wärmequelle, Wärmesenke und Wärmespeicher thermisch genutzt werden. Ziel der Richtlinien ist es, vom erreichten Stand der Technik ausgehend, eine korrekte Auslegung, geeignete Materialwahl und richtige Ausführung von Bohrungen, Installation und Systemeinbindung von Anlagen zur thermischen Nutzung des Untergrunds sicherzustellen.

 

Schlagwörter zu dieser Richtlinie: Boden, Brunnen, Energiespeicher, Energiespeicherung, Energietechnik, Erdboden, Erdwärme, Erdwärmetauscher, erneuerbare Energie, Genehmigung, Genehmigungsverfahren, Geotechnik, Grundwasser, Kälte, Kollektor, Kühlung, Nutzung, regenerativ, Sonde, Speicher, thermisch, Umweltbedingung, Umwelteinfluss, Umweltverträglichkeit, Untergrund, unterirdisch, VDI 4640 Blatt 1 Berichtigung, VDI 4640 Blatt 2, VDI 4640 Blatt 3, VDI 4640 Blatt 4, Wärme, Wärmepumpe, Wärmequelle, Wärmespeicher

VDI 4640 Blatt 1 "Thermische Nutzung des Untergrunds - Grundlagen, Genehmigungen, Umweltaspekte"

Die Richtlinie stellt die korrekte Auslegung thermischer Anlagen zur Nutzung des Untergrundes nach dem neuesten Stand der Technik dar. Sie definiert und erläutert die Grundlagen zum Wärmefluss im Untergrund und nennt die nach dem Wasser- und Bergrecht erforderlichen Genehmigungen. Sie behandelt die umweltgerechte Materialwahl und zeigt, wie Bohrungen richtig auszuführen sind. Des Weiteren legt sie dar, wie solche Anlagen installiert und in Systeme eingebunden werden können. Anwendungsfälle werden aufgezeigt: Wärmepumpenanlagen, die das Grundwasser oder den Untergrund mit Erdwärmekollektoren und Erdwärmesonden nutzen, oder Anlagen zum Energiespeichern. Der Primärenergiebedarf und die CO2-Emissionen werden aufgezeigt. Dabei werden mögliche Umweltbelastungen, z.B. durch Leckagen, und thermische und hydraulische Auswirkungen berücksichtigt.

 

Das Blatt 1 „Grundlagen, Genehmigungen, Umweltaspekte“ der Richtlinienreihe erläutert und definiert Begriffe und Grundlagen zum Wärmefluss im Untergrund und zur Auslegung. Sie führt die erforderlichen Genehmigungen in Bezug auf das Wasser- und Bergrecht auf. Betrachtet werden Wärmepumpenanlagen (WP-Anlagen) mit Nutzung des Grundwassers, mit Nutzung des Untergrundes durch Erdreichkollektoren oder Erdwärmesonden sowie Anlagen zur thermischen Energiespeicherung. In Bezug auf Umweltaspekte behandelt die Richtline den Primärenergiebedarf und die CO2-Emissionen im Vergleich zur Öl- und Gasheizung. Ferner stellt sie die möglichen Umweltauswirkungen thermischer Nutzung des Untergrundes (z.B. durch den Einfluss von WP-Arbeitsmitteln oder durch Leckagen) sowie thermische und hydraulische Auswirkungen dar. Eine umweltgerechte Materialwahl für Einbauten im Untergrund wird vorgeschlagen.

VDI 4640 Blatt 2 "Thermische Nutzung des Untergrundes - Erdgekoppelte Wärmepumpenanlagen"

Das Blatt 2 der Richtlinienreihe behandelt die Auslegung und Installation von Wärmepumpenanlagen mit Nutzung des Grundwassers anhand von Brunnenanlagen und WP-Anlagen, die den Untergrund mit Erdreichkollektoren und Erdwärmesonden nutzen, sowie Anlagen mit Direktverdampfung. Weitere Wärmequellenanlagen wie Energiepfähle, erdberührte Betonbauteile, Grabenkollektoren, Spiralkollektoren, Koaxialbrunnen, Gruben und Tunnel werden ebenfalls diskutiert. Die Systembetrachtung der kompletten Anlage (Anschluss Wärmepumpe-Verteiler, Armaturen und Pumpen, Heizsysteme, Pufferspeicher, Steuerung und Trinkwassererwärmung) zeigt Aspekte, die bei der Dimensionierung und Installation des Gesamtsystems beachtet werden müssen. Zuletzt geht die Richtlinie auf den Rückbau erdgekoppelter Wärmepumpenanlagen ein. Sie beschreibt den Rückbau der Wärmequellenanlagen, der Grundwasserbrunnen, der Erdreichkollektoren und der Erdwärmesonden.

VDI 4640 Blatt 3 "Thermische Nutzung des Untergrundes - Unterirdische Thermische Energiespeicher"

Das Blatt 3 behandelt die unterirdischen thermischen Energiespeicher. Diese können zur Heizung bzw. Kühlung dienen. Sie eignen sich besonders für die Speicherung größerer Wärme- oder Kältemengen über längere Zeiträume. Wärme aus regenerativen Quellen (Sonne, Erdwärme u. ä.) oder Abwärme, die sonst verloren gehen würde, kann gespeichert und später verwendet werden. Ebenso ist das Speichern von Umweltkälte für Kühlanwendungen sowie das Puffer- oder Redundanzspeichern für die Fernwärmeversorgung oder für Industrieprozesse möglich. Die Systembetrachtung des integrierten Speichers (Aquifer-, Erdwärmesonden-, Kavernen- oder naturähnliche Speicher) zeigt Aspekte, die bei der Auslegung und konstruktiver Ausführung des Gesamtsystems beachtet werden müssen. Die Richtlinie geht auf Fragen der Materialauswahl, der Umweltauswirkungen, erforderlicher Genehmigungen und der Systemeinbindung näher ein. Die Richtlinie wendet sich an planende und ausführende Unternehmen, an Komponenten-Hersteller, an Genehmigungsbehörden, an Energieberater und an Fachausbilder.

VDI 4640 Blatt 4 "Thermische Nutzung des Untergrundes - Direkte Nutzungen"

Das Blatt 4 behandelt direkte Nutzungen des Grundwassers bzw. Untergrundes. Hier wird keine Wärmepumpe oder Kälteaggregat eingeschaltet. Konkret werden die Auslegung und Installation beschrieben sowie wasserwirtschaftliche, wasserrechtliche und Umweltaspekte bei der direkten thermischen Nutzung des Grundwassers erläutert. Einen Schwerpunkt bildet die direkte thermische Nutzung des Untergrundes mit Erdwärmesonden, Energiepfählen usw. Die Richtlinie geht auf die Luft-Erdwärmetauscher zur Lufterwärmung bzw. –kühlung ein und beschreibt Systeme, Umweltaspekte, Auslegungen, Installationen und die Wirtschaftlichkeit. Die Richtlinie wendet sich an planende und ausführende Unternehmen, an Komponenten-Hersteller, Genehmigungsbehörden, Energieberater und Fachausbilder.

VDI 4640 Blatt 5 "Thermische Nutzung des Untergrundes - Thermal Response Test"

Das Blatt 5 beschreibt ein Messverfahren zur Ermittlung von thermischen Eigenschaften des Untergrunds und der Wärmeübertragungseigenschaften des im Boden eingebauten Wärmeübertragers. Die Größen dienen als Grundlage und Eingabegrößen für die Auslegung einer Wärmequellenanlage. Der "Thermal Response Test" (TRT) ist ein solches Messvefahren und ermöglicht eine derartige Standortuntersuchung, bei der die effektive Wärmeleitfähigkeit des Gesteins über die gesamte Länge einer Sonde und der Bohrlochwiderstand, der Wärmedurchgangswiderstand vom Fluid an das Gestein, für die eingesetzte Sondenkonstruktion ermittelt werden.