Erläuterungen zur Applikation - Erdwärmepotenzialkataster

Die Applikation Erdwärmepotenzialkataster zeigt für die Stadt Wien, ob und in welcher Form ein Standort für die Nutzung von Erdwärme geeignet ist.

Der Erdwärmepotenzialkataster dient einer ersten Übersicht über die Bedingungen zur Erdwärmenutzung am gewählten Standort. Die Auskunft beruht auf den Kenntnissen und Erfahrungen der GeoSphere Austria und gibt einen orientierenden Überblick. Sie ersetzt keine Detailuntersuchung und Planung durch ein Fachbüro.

Dargestellte Kategorien

Ampelkarten

Die Ampelkarten beinhalten alle möglichen Einschränkungen jeweils für Erdwärmesonden und die thermische Grundwassernutzung. Die dargestellte Farbe zeigt jeweils die stärkste der sich überlagernden Einschränkungen an.

Die Einteilung erfolgte in folgende Ampelfarben:

• Grün: Nutzung generell möglich
• Gelb: Zusätzliche Informationen notwendig
• Magenta: Nutzung generell nicht möglich

Mit Klick auf die Karte werden alle möglichen Einschränkungen an dem gewählten Standort aufgelistet. Hinweise, die je nach Standort zusätzlich angezeigt werden, sollten bei Planung, Installation beziehungsweise Betrieb der Anlage berücksichtigt werden.

Die tatsächlich verfügbaren Potenziale, insbesondere in Bezug auf die thermische Grundwassernutzung, werden in den Ampelkarten nicht berücksichtigt. Darüber hinaus sind viele unterirdische Bauwerke wie private Tiefgaragen nicht bekannt. Die bekannten unterirdischen Bauwerke unter öffentlichen Grund können aus rechtlichen Gründen nicht dargestellt werden. Dies sollte bei einer Ersteinschätzung berücksichtigt werden.

Thermische Grundwassernutzung

Die Abgrenzung der Grundwasserkörper, die für eine thermische Nutzung geeignet sind, unterscheidet 2 Kategorien:

• Porengrundwasserleiter mit ergiebiger Grundwasserführung und quantifizierten Leistungs- und Energieressourcen: sehr gut geeignete Grundwasserkörper. Die Datengrundlage ist für diese Bereiche mit ergiebiger Grundwasserführung ausreichend und ermöglicht eine Quantifizierung der Potenziale.
• Porengrundwasserleiter mit lokaler oder begrenzter Grundwasserführung und nicht quantifizierten Leistungs- und Energieressourcen: eingeschränkt geeignete Grundwasserkörper. Auf Grund komplexer hydrogeologischer Gegebenheiten und einer unsicheren Datenlage gibt es für diese Bereiche keine quantifizierbaren Potenzialangaben.

Folgende Potenzialangaben sind für die Grundwasserkörper der 1. Kategorie abrufbar:

• Thermische Volllast-Leistung in kW für ein Brunnenpaar mit 50 Metern Abstand zwischen Entnahme- und Rückgabebrunnen.
• Flächenspezifische Jahresenergiemenge für ein Brunnenpaar, das zu gleichen Anteilen Heizung und Kühlung bereitstellt, in kWh/m²/a
• Flächenspezifische Jahresenergiemenge für ein Brunnenpaar mit Normbetriebsstunden, das entspricht in Wien einem überwiegendem Heizanteil, in kWh/m²/a

Des Weiteren werden folgende Grundlageninformationen für die Planung thermischer Grundwasseranlagen bereitgestellt:

• Grundwassermächtigkeit in m
• Mittlere Grundwassertemperatur in °C
• Hydraulische Leitfähigkeit (kf-Wert) im m/s

Nutzung des Katasters für thermische Grundwasseranlagen

Die Abgrenzung der Grundwasserkörper gibt eine erste Orientierung, ob Grundwasser-Wärmepumpen an einem bestimmten Standort generell in Betracht gezogen werden können. Die Potenzialangaben für die sehr gut geeigneten Gebiete sind Richtwerte. Die Karten ersetzen keinesfalls eine Detailplanung, welche die Erhebung von Grundwasserdaten in der Nähe der geplanten Anlagen voraussetzt. Zudem gehen die Potenzialkarten nicht auf die gegenwärtig bereits vorhandene Nutzungsintensität ein, die in manchen Stadtgebieten Wiens bereits sehr hoch ist und teilweise weitere Nutzungen einschränkt.

Die Jahresenergiemengen beziehen sich auf die im Grundwasser gespeicherte Energiemenge, die pro Jahr unter Berücksichtigung der bestehenden Grundwassertemperatur und einer minimalen Rückgabetemperatur von 5 Grad Celsius und einer maximalen Rückgabetemperatur von 18 Grad Celsius zur Verfügung steht. Die Darstellung zweier unterschiedlicher Betriebsweisen verdeutlicht, dass bei einem saisonalen Wechselbetrieb das Grundwasser thermisch effizienter genutzt wird und daher größere Energiemengen erzielt werden können. Die Angaben der Jahresenergiemengen sind vor allem für eine regionale Planung einsetzbar.

Die thermische Volllast-Leistung bezieht sich auf ein Brunnenpaar mit einem festgelegten Abstand von 50 Metern zwischen Entnahme- und Rückgabebrunnen. Sie basiert auf der Pumprate, die erzielt werden kann, ohne dass eine hydraulische Rückkopplung zwischen den beiden Brunnen auftritt. Ist der Abstand, der am gewünschten Standort erzielbar ist, geringer als 50 Meter, steht eine geringere Leistung zur Verfügung. Bei einem größeren Abstand kann andererseits entsprechend mehr Grundwasser genutzt werden und es sind größere thermische Leistungen erzielbar.

Unter einem Brunnenpaar ist die Kombination einer Brunnendublette mit einem Entnahme- und einem Einleitebrunnen zu verstehen. Die Gesamtleistung einer Nutzungsanlage kann durch die Verschaltung mehrerer Brunnenpaare erhöht werden. Den berechneten Brunnenleistungen liegt die Annahme einer maximalen Abkühlung beziehungsweise Erwärmung des genutzten Grundwassers von maximal 5 Grad Celsius zu Grunde.

Weitere flächendeckende Informationen wie Tiefe des Grundwasserspiegels, minimale oder maximale Temperatur des Grundwassers sind demnächst im Geothermie-Atlas abrufbar.

Erdwärmesonden

Die Wärmeleitfähigkeit (W/m/K) kann für den Tiefenbereich 0 bis 100 Meter folgendermaßen eingestuft werden:

• Klasse "gering": Die prognostizierte gemittelte Wärmeleitfähigkeit ist für das angegebene Tiefenintervall kleiner als 1,7 W/m/K
• Klasse "durchschnittlich": Die prognostizierte gemittelte Wärmeleitfähigkeit liegt für das angegebene Tiefenintervall zwischen 1,7 und 1,9 W/m/K
• Klasse "gut": Die prognostizierte gemittelte Wärmeleitfähigkeit ist für das angegebene Tiefenintervall größer als 1,9 W/m/K

Flächenspezifische Jahresenergiemengen

Die Energiemenge wird für Sondenfelder mit einer festgelegten Geometrie und Betriebsweise in kWh/m² pro Jahr angegeben. Die Potenzialabschätzung berücksichtigte 2 Betriebsweisen:

• Sondenfeld mit 4x4 Sonden für Heizen und Kühlen mit Normbetriebsstunden (überwiegender Heizbetrieb und damit auf Jahresbasis überwiegender Wärmeentzug)
• Sondenfeld mit 7x7 Sonden für Heizen und Kühlen mit ausgeglichener Betriebsweise (gleich großer Wärmeentzug und -eintrag im Jahresverlauf)

Nutzung des Katasters für Erdwärmesonden

Die Wärmeleitfähigkeit ist von den geologischen und hydrogeologischen Gegebenheiten abhängig und dient als Basis für die Berechnung der nutzbaren Energiemenge. Um diese vollständig berechnen zu können, ist die mittlere Bodentemperatur und die Betriebsweise der Erdsondenanlage (Heizen/Kühlen, Volllaststunden) notwendig. Karten und weiterführende Informationen zur Oberflächen- und Untergrundtemperatur sowie die angewendeten Jahresbetriebsstunden sind demnächst im Geothermie-Atlas abrufbar.

Die konduktive Wärmeleitfähigkeit wurde aus den Bohrprofilen des Baugrundkatasters der Stadt Wien berechnet und ist als erste Annahme zur Dimensionierung von Erdsondenanlagen geeignet. Für kleine Anlagen (Einzelsonden) ist es üblich, die Wärmeleitfähigkeit von umliegenden Bohrprofilen abzuschätzen. Die Wärmeleitfähigkeitskarten ersetzen genau diese Abschätzung auf einheitlicher Basis. Der angegebene Wert ist als statistischer Mittelwert aufzufassen und kann auf Grund lokal-geologischer Inhomogenitäten (erhöhte Klüftigkeit, starke Grundwasserströmung et cetera) auch erheblich abweichen. Für größere Anlagen (mehrere Sonden) empfiehlt sich eine Pilot-Erdwärmesonde zu installieren und einen Thermal-Response-Test mit Temperaturprofil durchzuführen.

Ein gut leitender Untergrund erlaubt eine bessere Übertragung (Entzug oder Einspeicherung) von Wärme als ein schlecht leitender Untergrund bei gleichen Betriebsvorgaben. Eine gebräuchliche physikalische Größe zur Potenzialangabe einer Erdwärmesonde ist die spezifische Leistung in Watt pro Laufmeter Sonde. Diese Angabe setzt allerdings eine genau definierte Betriebsvorgabe voraus (beispielsweise 1.800 Volllaststunden für Heizen auf 20 Jahre).

Für die Berechnung der Jahresenergiemengen wurden entsprechend die Betriebsweise und die Geometrie der Sondenfelder definiert. Die Darstellung zweier Betriebsweisen der Jahresenergiemengen soll auf die Vorteile einer ausgeglichenen Nutzung hinweisen. Die Nutzung der Anlage in etwa gleichen Anteilen zum Heizen und Kühlen ermöglicht eine kompaktere Form des Sondenfelds mit einem geringeren Abstand zwischen den Sonden. Dadurch kann die Anzahl der Sonden auf derselben Fläche erhöht werden und es steht signifikant mehr Energie zur Verfügung als bei überwiegendem Heizbetrieb.

Weicht die am Standort geplante Anlage stärker von den beschriebenen Annahmen ab, reduziert sich die Gültigkeit der Kartenwerte. Genauere grundstücksspezifische Abfragen - inklusive Heiz- und Kühlleistung - mit individuell gestaltbarem Sondenfeld ermöglicht in Kürze der Geothermie-Atlas.

Bewilligungspflicht für Tiefensonden

Im Westen von Wien ist der Einsatz von Erdwärmesonden wasserrechtlich bewilligungsfrei. Im restlichen Wien ist hingegen eine wasserrechtliche Bewilligung notwendig. Die Grenzlinie wird im Erdwärmepotenzialkataster angezeigt.

Etwaige zusätzlich erforderliche Bewilligungsverfahren für die Errichtung einer Wärmepumpe können Interessierte dem Technologieleitfaden Wärmepumpe (2 MB PDF) ab Seite 54 entnehmen.