Brunnen werden
aus zwei verschiedenen Gründen gebaut. Einerseits gibt es den Brunnen
zur Wasserförderung zur Trinkwasser-
oder Brauchwassernutzung (WC-Spülung, Gartenbewässerung)
und andererseits werden Brunnen zur Nutzung
der Geothermie (Förderbrunnen-Schluckbrunnen,
Tiefenbohrung) gebraucht.
Für den Brunnenbau gibt es den Beruf der Brunnenbauer/in. |
Ein Wasserbrunnen
ist eine Aushöhlung oder eine Struktur, die im Boden geschaffen
wird, um auf Grundwasser in den Grundwasserleitern
(Aquifer)
zuzugreifen. Ein Brunnen kann auch eine Ergänzung
zur Regenwassernutzung
darstellen, um "Trockenzeiten" zu überbrücken. |
| Das Bohren
oder Spülen von Brunnen, die
das Grundwasser berühren oder beeinflussen, ist bei der unteren
Wasserbehörde anzeigepflichtig. Eine
Genehmigung und die Erlaubnis für die Inbetriebnahme für den
Brunnen muss nicht eingeholt werden. Es besteht nur eine Anzeigepflicht.
In den Bundesländern sind die Bedingungen für den Bau eines
Grundwasserbrunnens unterschiedlich geregelt. Es gibt
aber auch Ämter, die geben ihre Erlaubnis erst,
wenn ein entsprechendes Gutachten vorliegt. Die Behörde
kann auch darüber Auskunft geben, in welcher Tiefe Grundwasser
ansteht, welche Qualität es hat und wozu es verwendet werden kann.
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Für die öffentlichen
Wasserversorgungsanlagen ist der Wasserversorger
durch gesetzliche Auflagen verpflichtet, die Anlagen
regelmäßig durch Sachverständige, Gutachter und/oder
ein eigenes Labor auf den hygienischen und technischen
Zustand zu überprüfen zu lassen
bzw. zu überprüfen. Bei der Eigenwasserversorgung
(Einzelwasserversorgungsanlage) ist der Betreiber für
den technischen und hygienischen Zustand
und die Qualität seines Trinkwassers verantwortlich. |
Ein Brunnen,
der für eine Trinkwassernutzung betrieben werden
soll und dessen Wasser an Zweite und Dritte weitergegeben wird, sollte
immer von einer konzessionierten Fachfirma errichtet
werden. Diese sind in der Lage, den Brunnen fachgerecht
zu planen, zu bohren und und die Technik
zu installieren. Außerdem übernehmen sie
auch die Gewährleistung. |
Die richtige Brunnenart zur Wasserförderung
(Kleinbrunnen) hängt von folgenden Faktoren ab
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- Beschaffenheit des Untergrundes
- Gewünschte Fördermenge
- Nutzung des Wassers (Trinkwasser, Brauchwasser,
Mineralwasser)
- Tiefe des Grundwasserleiters (Aquifer)
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Das Brunnenwasser
kann durch eine elektrische Tauchpumpe, Handpumpe,
vertikale Turbinenpumpe oder mechanische Pumpe
(z.B. Wasserpumpenwindmühle) gefördert werden. Aber auch ein
mechanisches oder eigenhändiges Schöpfen
mit einem Behälter (z. B. Eimer) ist möglich.
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| Die Brunnenarten werden nach der Art der Herstellung
eingeteilt. |
| Schachtbrunnen
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Ein Schachtbrunnen
ist den meisten als typischer Brunnen bekannt.
Er wird auch heutzutage noch als Brunnen für die Gartenbewässerung
genutzt. Bei Fertigteilschachtbrunnen werden Schachtringe
bis maximal 6 Meter abgesenkt. Bei der Ortbetonbauweise
erfolgt ein stufenweises Ausbetonieren des zylindrischen
Raumes. |
Die Abteufung
in die Grundwasser führende Schicht
kann als vertikale Schachtung oder durch eine Sprengung
erfolgen. Wenn das Bodenmaterial es zulässt, kann auf
einen stabilisierenden Ausbau des Brunnens verzichtet werden.
Ansonsten werden Brunnenringe oder ein
gemauertes Ziegelmauerwerk verwendet. Genügend
groß ausgelegt wirkt der Schacht
als Wasserspeicher. |
| Für die Trinkwassergewinnung wird
er nicht mehr genutzt. |
Vorteile:
- In Gegenden mit wenig Grundwasser wird dieser Brunnen
gebaut und genutzt werden, da er durch die große Sammelfläche
im Schacht für diese Gegebenheit gut geeignet ist
- Er wirkt sehr dekorativ (oft steht auch nur ein Brunnenkopf
im Garten) |
Nachteil:
- Für den Bau ist viel Material und Aufwand notwendig |
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| Schlagbrunnen
- Rammbrunnen |
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| Der Schlagbrunnen
(Rammbrunnen) kommt hauptsächlich
dort zum Einsatz, wo Menschen einen Brunnen für die
private Versorgung nutzen wollen. Das Grundwasser
darf nicht tiefer als 7 m und der Boden
muss leicht zu durchdringen sein. Der Brunnen wird durch
das Einschlagen (Rammen)
oder Einpressen eines Rohres mit einem
geringem Durchmesser (< DN 80) in den oberflächennahen
Grundwasserleiter hergestellt. Da mit dieser Brunnen nur
eine geringe Wassermenge gefördert werden kann und
die Lebensdauer begrenzt ist, wird er heute nur noch selten
verwendet. |
Mithilfe eines Stahlrohres
mit einem spitzen Ende wird der Schlagbrunnen
angelegt. . An der Spitze befindet sich außerdem ein
Rammbrunnenfilter. Dieses Stahlrohr wird
dann in die Erde gerammt, bis die Wasserschicht erreicht
ist. Danach wird über eine Pumpe, die elektrisch oder
manuell (Hebel) betrieben wird, Wasser gefördert. In
der Regel ist dieser Brunnen nicht für die Trinkwassergewinnung
geeignet. |
Vorteile:
- Günstige, einfache und schnelle Art, um einen Brunnen
anlegen zu lassen |
Nachteil:
- Grundwasserspiegel darf nicht tiefer als 8 Meter sein |
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| Bohrbrunnen |
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Quelle:
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Artesischer
Brunnen |
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Ein Bohrbrunnen
kann große Wassermengen aus nahezu
jeder Tiefe fördern. Die Herstellung
erfordert schweres Gerät, wobei der Mindestdurchmesser
meist erst bei über 10 cm anfängt. Mit dem Brunnen
wird das Wasser aus tiefen Schichten (Tiefenwasser)
gefördert. das durch die vielen Erdschichten besonders
gefiltert wird und daher in den meisten Fällen eine
gute Qualität hat. Er wird ab ca. 20 m) angewandt und
besteht aus einem Filterrohr mit Filterkies
und Förderrohrleitung. |
Bei den Bohrbrunnen
unterscheidet man zwischen |
- Vertikalfilterbrunnen
- Horizontalfilterbrunnen
- Artesische Brunnen
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Bei dem
Vertikalfilterbrunnen wird das Bohrloch senkrecht
in die Tiefe eingebracht. Im Gegensatz zum Schachtbrunnen
eignet er sich zur Entnahme von Wasser aus verschiedenen
wasserführenden Bodenschichten. Das heißt,
dass durch den Ausbau der Bohrung mit Filter-
und Vollrohren das Wasser aus den
gewünschten Schichten entnommen werden kann. Dadurch
kann das Wasser aus Tiefen von mehreren 100 m in große
Mengen gefördert werden. |
Bei den Horizontalfilterbrunnen
sind die Filterrohre waagerecht in den
wasserführenden Schichten eingebracht,
die in einen Sammelschacht münden.
Sie werden hauptsächlich zur Förderung großer
Wassermengen verwendet. |
| Vorteil:
- Kann Tiefenwasser fördern, das besonders gut gefiltert
ist |
Nachteile:
- Nur mit schwerer Bohrgerät zu erstellen
- Undichte Fassungen können schnell zu erhöhten
Belastungen führen |
Der artesische
Brunnen wird durch eine Bohrung
in den Grundwasserleiter abgeteuft. Diese
Leiter haben einen Druckspiegel über Geländeoberfläche
(gespannt) und dadurch ein artesisches
(freies) Überlaufen des Grundwassers.
Der Druck entsteht durch die bestimmte Position der beiden
Schichten (Schräg- oder Senklage). Damit das Wasser
nicht frei ablaufen kann, wird es durch eine Absperrvorrichtung
entnommen werden |
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| Spülbrunnen |
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| Ein Spülbrunnen
wird das Loch förmlich in den Boden gespült. Hier
wird das Bohrloch mit einer Spezialpumpe
und Spüllanze durch Wasserdruck erzeugt.
Das dabei hervorgespülte Erdreich gibt Aufschluss darüber,
in welcher Erdschicht man sich gerade befindet. Ist die
wasserführende Kiesschicht erreicht, so ist dies in
der Regel die richtige Tiefe, um einen Kunststofffilter
an einer Steigleitung hinabzulassen. |
Vor dem Spülvorgang
sollte mit einem Erdbohrer vorgebohrt werden.
Dadurch kann der Spülfilter einfacher in das Erdreich
eingebracht werden. Der Spülfilter
(Spüllanze) wird mit hohem Wasserdruck in die Erde
gespült. Die Wassermenge und die Höhe des Wasserdrucks
ist von der Art des Bodens und von seinem Verfestigungsgrad
abhängig. Durch das Wegspülen
der Sande und Kiese aus der Umgebung der Spülspitze
wird sie weiter nach unten gedrückt werden. So rechnet
man z. B. bei lockerem feinen Sand mit
4 bar Spülwasserdruck und bei festem
feinen Sand mit 8 bar. |
Vorteil:
- Bei vielen Bodenbeschaffenheiten ist die Spülmethode
gegenüber den anderen Bohrmethoden vorteilhafter |
Nachteil:
- Der Spülbrunnen im Vergleich zu anderen Brunnenbauarten
teurer |
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| Ziehbrunnen |
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Ziehbrunnen
mit Seilwinde |
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Die Ziehbrunnen
gehören zu den ältesten Schöpfeinrichtungen.
Sie erleichtern den Wassertransport aus dem Brunnenschacht. In
Mitteleuropa wird eine Ziehvorrichtung
verwendet, bei der ein Seil oder eine Kette auf einem kleinen
Rundholz aufgewickelt wird. Die Arbeit wird durch
Räder, Seile und Zugtiere (Esel, Büffel, Kamele) erleichtert.
Bei größeren Wassermengen, z. B. zum Tränken von
Viehherden wird das Wasser durch einen Schwingbaum,
z. B. bei Brunnen im gesamten Steppengürtel Eurasiens, verwendet.
Neben dem Einsatz der Hebelwirkung über
den Schwingbaum erleichtern Gegengewichte
die Arbeit. |
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Ziehbrunnen
mit Schwingbaum |
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| Quellen |
Quellen sind
Stellen an denen das Grundwasser natürlich
an die Geländeoberfläche austritt. Diese
meistens eng begrenzten Orte können natürlich
sein oder technisch erschlossen werden. Das in den
Boden bzw. das Gestein eindringende Wasser wird an einer schwer-
bis undurchlässigen Schicht gestaut und fließt
an dieser unterirdisch ab oder tritt zu Tage. Die vorhandenen morphologischen
und hydrogeologischen Verhältnisse sind die Grundlage
des Auftreten der Quellen. Dabei sind die Lagerungsverhältnisse
des Gesteins und die Tektonik (Aufbau
der Erdkruste) bestimmend für die Art und den Umfang der Bewegung
und Speicherung des Grundwassers.
Wenn das fließende oder gespeicherte Wasser nicht natürlich
austritt, dann kann es durch Brunnen an die Erdoberfläche
gefördert werden. |
Die Art und
die Ursache des Austreten des Grundwassers
wird von dem jeweiligen hydrostatischen Druck beeinflusst.
Hier unterscheidet man zwischen freiem Grundwasser,
bei dem der Druck an der Grundwasseroberfläche dem atmosphärischem
Druck entspricht, und gespanntes Grundwasser,
bei dem der Druck an der Grundwasseroberfläche ist größer
als der atmosphärische Druck. |
| Quellenarten |
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| Spaltquelle |
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Quelle:
Österreichisches Normungsinstitut |
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Bei einer Spaltquelle
(Höhlen-, Kluft-, Karst- oder Felsenquelle) tritt das
Wasser aus einer im festen Gestein befindlichen Spalte
auf natürlicher Weise an die Geländeoberfläche
aus. Die Quellenfassung wird abhängig
von den geologischen Gegebenheiten in einem "Stollen",
"Graben" oder einer Quellstube durchgeführt. |
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Quelle:
Österreichisches Normungsinstitut |
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Bei einer Schichtquelle
tritt das Wasser an der Grenze zwischen
einer durchlässigen und einer weniger
durchlässigen oder undurchlässigen
Schicht auf natürlicher Weise an die Geländeoberfläche
aus. Bei dieser Quellenart können auch mehrere Austritte
in der weiteren Umgebung vorhanden sein. |
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| Überlaufquelle |
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Quelle:
Österreichisches Normungsinstitut |
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Bei der Überlaufquelle
tritt angestautes Wasser auf natürlicher Weise an die
Geländeoberfläche aus. Das Wasser wird vor dem
Quellaustritt an einer undurchlässige Schicht,
die zur Geländeoberfläche ansteigt (Schwelle),
so lange angestaut bis es überläuft. |
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| Stauquelle
- Artesische Quelle |
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Bei der Stauquelle
(Artesische Quelle
bzw. Brunnen) tritt das Wasser durch eine in der stauenden
Schicht befindliche Öffnung
bzw. Schwachzone aus. Das Wasser ist in
dieser Schicht, in der gering- bzw. undurchlässige
Schichten einen Grundwasserleiter überlagern, "gespannt"
bzw. der Druck ist höher als der atmosphärische
Druck. Das Wasser kann als dauerde Fontäne
an der Geländeoberfläche austreten oder durch
eine Absperrvorrichtung entnommen werden. |
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| Quellfassung |
Die Fassung einer
Quelle wird in der Regel mit gelochten Kunststoffrohren
durchgeführt. Diese liegen in einem Filter aus
gewaschenem Kies mit abgestuften Korngrößen.
In dem Fassungsbereich darf kein Oberflächenwasser
eindringen und muss mit einer wasserundurchlässigen Schicht aus
Lehm oder Beton abgedeckt werden. Damit das einsickernde Niederschlagswasser
leichter abfließen kann, sollte die Abdeckung mit Gefälle
aufgebracht werden. Danach wird das wieder eingebrachte Erdmaterial
verdichtet. |
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Quellfassung
- Schichtquelle |
Quelle:
SWG |
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Dabei ist auf
eine gute Anbindung zum gewachsenen Boden zu achten. Außerdem
sollte der Fassungsbereich wieder mit Gras bepflanzt
werden. Tiefwurzelnde Pflanzen dürfen in diesem Bereich
nicht verwendet werden. Die Lage der Quellfassung
ist im Gelände sichtbar zu kennzeichen,
z. B. mit blau gefärbten Markierungen. |
Von der Quellfassung
gelangt das Wasser anschließend in den Sammelschacht.
Dieser dient zum Sammeln bzw. Speichern von Wasser aus
einer oder mehreren Quellen. Die Bauweise erfolgt in den
meisten Fällen in Ortbeton-Ausführung.
Bei Kleinanlagen kommen auch runde Quellstuben
aus Kunststoff zum Einsatz. Der Sammelschacht
besteht ein aus einem Absetzbecken (Sandfang),
einem Entnahmebecken und einer begehbaren
Trockenkammer (Trockeneinstieg). Jede Quelle
sollte einzeln in den Sammelschacht eingeleitet
werden, damit jede Quelle auf die Wasserqualität
überprüft und das Wasser bei Verunreinigung
abgeleitet werden kann. |
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Golfquelle |
Quelle:
TI Fichtelgebirge |
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Viele kleine
Quellen werden nicht zur Trinkwassernutzung
ver- wendet. Sie werden an der Austrittsöffnung besonders
gestaltet und laufen frei in das Gelände ab. |
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Saalequelle |
Quelle:
TI Fichtelgebirge |
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| Geysir |
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Der
Geysir Strokkur ("Butterfass") |
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Kalter
Geysir in Andernach |
Quelle:
Geysir.info gGmbH |
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Bei einem Geysir
tritt das Wasser durch schwache und starke Eruptionen
an die Geländeoberfläche aus. Diese können
regelmäßig und unregelmäßig auftreten.
Sie werden in heiße und kalte
Geysire unterteilt. |
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Die Voraussetzung
für einen heißen Geysir
sind ein Grundwasserleiter, eine Wärmequelle
(Plume), ein Reservoir (Wasserspeicher-
bzw. -kammer) und ein Leitungssystem
mit Verengung zur Geländeoberfläche.
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Das versickernde
Wasser sammelt sich in einer Kammer (Reservoir)
und wird durch die Wärme einer Magmakammer
auf über 100 °C erhitzt. Der
Druck der in dem Leitungssystem befindlichen
Wassersäule verhindert eine Dampfbildung,
die erst stattfindet, wenn der Siededruck
überschritten wird. Die sich bildenden Dampfblasen
steigen durch die Engstellen nach oben
und drücken einen Teil der Wassersäule nach
außen. In diesem Moment sinkt der Druck im Leitungssystem
stark ab und das überhitzte Wasser
geht schlagartig in Dampf über.
Dadurch können Fontänen bis
zu 83 m Höhe (Yellowstone-Nationalpark)
entstehen. Die Eruptionshöhe ist
hauptsächlich von der Form der Geysiröffnung
abhängig. |
| . |
Ein "kalter"
Geysir wird durch
Kohlenstoffdioxid (CO2)
aktiviert, das aus Magma-Vorkommen in
großer Tiefe austritt. Das Gas trifft in mehreren
hundert Metern unter der Erdoberfläche auf tiefe
Grundwasserschichten. Durch den hohen
Druck in diesem Bereich kann sich eine sehr
große Menge an CO2
in dem rund 25 °C warmen Wasser lösen. Wenn der
kritischen Punkt erreicht ist, an dem
kein CO2 mehr gelöst werden kann, steigt
das überschüssige Gas durch Risse und Klüfte
im Gestein, die mit Wassergefüllt sind, nach oben.
Aufgrund des geringer werdenden Druckes vergrößern
sich die Gasbläschen, dehnen sich aus und verdrängen
das Wasser nach oben. Diese Gasblasen reißen das
Wasser mit sich in die Höhe und der Geysir bricht
aus. Der Kaltwasser-Geysir in Andernach
baut eine stetig höher wachsende Wasserfontäne
auf, die in Spitzen schließlich bis zu 60
m Höhe erreicht. |
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| Geschichte
der Brunnen |
Brauchbares Trinkwasser
war schon immer die Grundlage des menschlichen
Lebens. Es wurde aus Fließgewässern, Seen, Wasserlöchern
oder aus Quellen entnommen. |
Aus dem Mittelmeerraum
sind Brunnen aus der Zeit um 8000 v. Chr. bekannt.
So stammt z. B. der heute unter dem Meeresspiegel gelegene Brunnen von
Atlit Yam (Israel) aus dem 6. Jahrtausend v. Chr. oder
die ein wenig später in Mylouthkia auf Zypern angelegten Brunnen.
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Die ersten Brunnen
in Mitteleuropa wurden ca. 5600 und 4900 v. Chr. gebaut.
Dadurch wurden die Siedlungen unabhängig von den oberirdischen
Wasserstellen. Archäologen haben in Sachsen-Anhalt einen rund 7.500
Jahre alten hölzernen
Kastenbrunnen aus der Jungsteinzeit
freigelegt. |
| Archäologen des LVR-Amtes für Bodendenkmalpflege
im Rheinland haben bei Merzenich-Morschenich (Kreis Düren) den
bislang tiefsten aus der Jungsteinzeit stammenden Trinkwasserbrunnen
Europas entdeckt. Hierbei handelt es sich um eine 7.100 Jahre
alte Eichenkonstruktion. |
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| Auch zur Nutzung der Geothermie
werden verschiedene Brunnen eingesetzt. |
| Förder-(Saug-)
und Schluckbrunnen |
Die Grundlage für eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe
(W-W-WP) ist das Grundwasser, da dieses geringe
Temperaturschwankungen ( 7 bis 12 °C) hat. Dadurch ist
auch ein monovalenter Betrieb möglich. Diese Anlagen
sind grundsätzlich durch die "Untere Wasserbehörden"
genehmigungspflichtig. |
Diese Anlagen benötigen einen
Förderbrunnen bzw. Saugbrunnen
und einen Schluckbrunnen. Für einen einwandfreien
Betrieb ist eine bestimmte Wassermenge (Heizleistung
der Wärmepumpe) mit brauchbarer Qualität
und passender Temperatur notwendig. |
Die Erschließung
und der Wartungsaufwand dieses Systems ist gegenüber
den Sole- und Luft-Wärmepumpen
groß und es sind erhebliche Baumaßnahmen
für den Förder- und Schluckbrunnen, Rohrleitungssystem, Brunnenkopf
und Brunnenpumpe notwendig. Wenn die Wasserqualität
nicht ausreichend ist, dann kann z.B. bei zu viel Eisen und Mangan in
Grundwasser eine Verockerung der Brunnenanlage auftreten,
was wiederum zum Totalausfall der Wärmepumpe
führen kann. Danach musste die Anlage regeneriert
oder neu errichtet werden. In vielen Fällen muss ein Wärmetauscher
(Systemtrennung) eingebaut werden. Diese Brunnensysteme
sind nur bis Tiefen von 20 m wirtschaftlich. |
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Saug-Schluckbrunnen-Anlagen |
Quelle:
Innocalor - MichaeI ViernickeI |
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Funktionsweise: |
Das Grundwasser
wird dem Förderbrunnen durch eine
Brunnenpumpe entnommen. Dabei muss die
Brunnenleistung muss eine Dauerentnahme für den minimalen
Wasserdurchfluss der Wärmepumpe gewährleisten.
Das Grundwasser wird nun zur Wärmepumpe geleitet, hier
wird die Wärme entzogen. Das abgekühlte Grundwasser
wird dem Schluckbrunnen, welcher in Grundwasserflussrichtung
hinter dem Entnahmebrunnen gebohrt wurde, wieder zugeführt.
Der Schluckbrunnen muss die gleich Wassermenge aufnehmen
können wie dem Förderbrunnen entnommen wird. |
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Offene Anlagen werden
in direktem Kontakt des Wärmeträgers mit dem Erdreich betrieben,
wodurch sich die effektive Wärmetauscherfläche erheblich vergrößert
und nahezu verlustfrei die Temperatur des Erdreich zur Verfügung
gestellt werden kann. Dazu wird über einen Förderbrunnen Grundwasser
gefördert und in einen Verpressbrunnen reinjeziert.
Diese Anlage sind auch als "Hot-Dry-Rockverfahren"
beruht auf diesem Prinzip. Hier ist die Verpressung
ausreichend großer Volumen allerdings nicht immer zu realisieren.
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Eine Sonderform der
Zirkulation zwischen zwei Brunnen ist die Zirkulation zwischen zwei
übereinander gelegenen Filterstrecken im "Grundwasserzirkulationsbrunnen",
der auch zur Dekontamination von verseuchten Untergründen eingesetzt
wird. Der Druckausgleich in einem solchen System und andere konstruktive
Merkmale verhindern chemische Reaktionsprozesse und Ausfällungsreaktionen.
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GEOHIL-System
im Aquifer |
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Geohil-Sytem |
Quelle:
Innocalor - MichaeI ViernickeI |
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Die Leistung eines
Grundwasserzirkulationsbrunnen definiert
sich im Wesentlichen aus der Grundwasserströmung
und dem Kaliber der wassserführenden
Schicht. Sie erfordert ab ca. 20 kW eine numerische Simulation
zur sicheren Bestimmung der langfristigen Entzugsleistung. |
Ist der Untergrund
nicht stabil genug kann der Ringraum mit
Kies verfüllt werden, muss dann aber durch
Shunt-Rohre mit zusätzlichen Wegsamkeiten ausgerüstet
werden, um den Volumendurchsatz zu gewährleisten. Gleichzeitig
wird damit eine gleichmäßige Temperaturverteilung
im Strömungsprofil des Ringraum erzielt und damit der
Wärmeeintrag gesteigert. Diese Technologie wurde unter
dem Namen "Geohil" entwickelt. |
Das Geohil-System
hat in Erweiterung zur Standing-Column-Well eine Verfüllung
des Ringraum mit einem porösen Medium, in der Regel
Kies, durch den die Bohrung dauerhaft stabilisiert wird
und eine Durchmischung des absinkenden Mediums, und damit
optimaler Kontakt zur Bohrungswand erzwungen wird. |
Der hydraulische
Widerstand des Kies erfordert den Einbau von zusätzlichen
Rohren, die die Rücklaufströmung begünstigen.
Die Wärmeisolation des Förderrohres steigert die
effektive Wärmetauscher-Länge. |
Ausbau der Geohil-Energiequellen,
Dimensionierung von Teufe, Bohrkaliber, Umwälzrate
und Filtern sind abhängig von den geologischen Verhältnissen
und trotz zahlreicher bislang gebauter Anlagen weiter in
der Erforschung. Während bislang mit Erfahrungswerten
projektiert wurde, forschen wir in Berlin an den Grundlagen
der Wärmeübertragung in offenen Erdwärmeanlagen,
Simulationsverfahren und Optimierung der Anlagenkomponenten.
Quelle: Innocalor
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Standing
Column Well |
Quelle:
Innocalor - MichaeI ViernickeI |
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Die Standing-Column-Wells
sind eine in Amerika verbreitete Form der Erdwärmetauscher-Anlagen,
bei denen in einem offenen Bohroch das abgekühlte Wasser
im direkten Kontakt mit dem Erdreich in die Tiefe sinkt
und erwärmt durch ein zentrales Förderrohr
zu Tage gepumpt wird. |
Diese Bauform ist
an spezielle geologische Formationen gebunden, diese muss
standstabil sein und darf nicht durch Lösung oder Abrieb
vom zirkulierenden Medium angegriffen werden. |
| Durch die hydraulische
Verbindung mit dem Wasser gesättigten Erdreich kann
ein Teilentzug des zirkulierenden Wassers ("bleeding")
erfolgen und die Entzugsleistung gesteigert werden |
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| Tiefengeothermie
- Tiefenbohrung |
Mit den Systemen
der Tiefengeothermie wird die geothermische
Energie über Tiefenbohrungen erschlossen
und kann direkt (ohne Niveauanhebung) genutzt
werden. |
Bei der Tiefengeothermie
unterscheidet man |
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Schema
für eine Dublette bei der hydrogeothermischen Nutzung |
Quelle:
Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik |
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Hydrothermale
Systeme mit niedriger Enthalpie
(Wärmeinhalt): Hier wird die im Untergrund vorhandene
Flüssigkeit direkt oder über
Wärmetauscher zur Verwendung in
Nah- und Fernwärmenetzen, zur landwirtschaftlichen
oder industriellen Nutzung oder für balneologische
(therapeutische) Zwecke verwendet. Hiebei handelt es
sich um Aquifere mit heißem (> 100 °C),
warmem (60 -100 °C) oder thermalem (> 20 °C)
Wasser. Ab 100 °C ist auch eine Verstromung möglich. |
Hydrothermale
Systeme mit hoher Enthalpie
(Wärmeinhalt): Hier wird die im Untergrund vorhandene
Flüssigkeit direkt oder über
Wärmetauscher zur Verwendung von
Dampf- oder Zweiphasensystemen zur Stromerzeugung verwendet.
Diese Geothermie ist in Deutschland nicht (noch) nicht
vorhanden, wird aber z. B. in Island flächendeckend
verwendet. |
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Quelle:
GtV - Bundesverband Geothermie e.V. |
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Petrothermale
Systeme: Hier wird in der Regel die Energie,
die im Gestein in drei bis sechs Kilometern
Tiefe gespeichert ist, genutzt. Energie,
die im tiefen dichten Gestein eines Grundgebirge vorhanden
ist, wird mit der Hot-Dry-Rock -Technik
(HDR) bzw. Enhanced Geothermal System
(EGS) zur Stromerzeugung verwendet. Mit geschlossenen
tiefen Erdwärmesonden wird im beliebigen Gestein
die Enerbie zur Wärmeversorgung eingesetzt.
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Hydraulische
und chemische Stimulationsverfahren
(Enhanced Geothermal Systems - EGS) erzeugen Risse und
Klüfte im Gestein. Dadurch wird die Wasserdurchlässigkeit
erhöht oder erst geschaffen und es entsteht ein
künstlicher Wärmetauscher.
Durch die Injektionsbohrung wird unter
hohem Druck Wasser in das Gestein eingepresst, wo es
sich erhitzt und anschließend über die Förderbohrung
wieder nach oben fließt. |
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