Wärmepumpen-Projekt Teil 2: Wenn der Bohrer 80 Meter in die Tiefe geht

Im ersten Teil dieser Serie habe ich beschrieben, warum unsere über 20 Jahre alte Luftwärmepumpe einer Erdsonden-Wärmepumpe weichen muss und wie ich zu diesem Entscheid gekommen bin. Jetzt wird es ernst, und vor allem wird es sichtbar. In diesem zweiten Teil nehme ich euch mit auf die Baustelle, denn das Herzstück einer Erdsonden-Wärmepumpe entsteht dort, wo man es später nie mehr sieht: tief unter dem Vorplatz. Zwei Bohrungen à 80 Meter, zusammen also 160 Meter bewilligte Sondenlänge, gehen in den Boden. Hier dokumentiere ich, wie das abläuft, wer daran beteiligt ist und was es dazu alles braucht.

Vom Gesuch zur Bewilligung: der Behördenweg

Bevor sich überhaupt ein Bohrgerät dreht, steht der Papierkram. Und der ist bei einer Erdwärmesonde nicht ohne, denn man bohrt schliesslich tief ins Grundwasser-relevante Erdreich. Bei uns lief das so ab: Am 12. Mai habe ich das Gesuch eingereicht, und zwar über die Gemeinde, die es an den Kanton weiterleitet. Zuständig ist im Kanton Aargau das Departement Bau, Verkehr und Umwelt, Abteilung für Umwelt.

Nach der Prüfung kam am 22. Juli die Bewilligung. Von der Einreichung bis zum grünen Licht vergingen also gut zwei Monate. Die Bewilligung ist ein erstaunlich umfangreiches Dokument mit einer ganzen Reihe von Auflagen. Ein paar Punkte, die ich spannend fand und die zeigen, wie ernst das Thema genommen wird:

Die Bewilligung gilt vorerst für 20 Jahre und verlängert sich danach automatisch um jeweils 10 Jahre, sofern die Anlage einwandfrei funktioniert. Bohrungen von mehr als 100 Metern müssen bezüglich ihrer seitlichen Abweichung vermessen werden. Es ist ein geologisches Profil zu erstellen, und die Bohrung muss von einer geologischen Fachperson begleitet werden. Ausserdem darf nur eine Bohrfirma ran, die das Gütesiegel der Fachvereinigung Wärmepumpen Schweiz (FWS) trägt. Bei uns kam noch ein spezieller Hinweis dazu: Unser Standort liegt in einem Risikogebiet für Arteser, also für unter Druck stehendes Grundwasser. Entsprechend müssen für den Fall eines artesischen Wasserzutritts besondere Vorkehrungen getroffen werden (abdichtbarer Preventer, Packer vor Ort).

Vertrauenssache: der Partner fürs Projekt

Ein Projekt dieser Grössenordnung ist auch eine Vertrauensfrage. Für die Planung und Umsetzung habe ich mich bewusst dafür entschieden, mit einem alten Freund zusammenzuarbeiten: Matthias Steger von der Veil Haustechnik AG in Sarmenstorf. Ich kenne Matthias seit Langem, und für mich war von Anfang an klar, dass ich so ein Vorhaben lieber mit jemandem angehe, dem ich vertraue und mit dem die Kommunikation auf einer offenen, ehrlichen Ebene läuft.

Das mag auf den ersten Blick nach einem rein persönlichen Entscheid klingen, aber gerade bei einem so komplexen Umbau ist ein eingespieltes Vertrauensverhältnis viel wert. Man bespricht die Details offener, spricht auch heikle Punkte direkt an und zieht am gleichen Strang. Matthias koordiniert das ganze Projekt und ist meine zentrale Ansprechperson über alle Gewerke hinweg.

Die Bohrfirma: PBS Bohr AG

Die eigentliche Bohrung, das technisch anspruchsvollste Stück Arbeit, übernimmt die PBS Bohr AG. Wie erwähnt schreibt der Kanton vor, dass nur FWS-zertifizierte Bohrfirmen ranfürfen, und PBS erfüllt das. Was mich aber über das Zertifikat hinaus überzeugt hat, ist die Zusammenarbeit im Vorfeld.

Besonders positiv in Erinnerung bleibt mir Projektleiter Sandro Leuenberger. Er hat sich alles vorgängig genau angeschaut, die Gegebenheiten vor Ort sorgfältig geprüft und das Vorgehen eng mit Matthias abgesprochen. Genau diese Sorgfalt in der Vorbereitung gibt mir ein gutes Gefühl, denn bei einer Bohrung gibt es keine Möglichkeit für ein schnelles «zurück auf Anfang». Was einmal im Boden ist, ist im Boden. Umso wichtiger, dass im Vorfeld alles sauber geplant und durchgesprochen wird.

Die Baustelleneinrichtung: rund vier Stunden Aufbau

Bevor der erste Meter gebohrt wird, muss die ganze Baustelle eingerichtet werden. Bei uns war das wegen der engen Zufahrt eine kleine Herausforderung und dauerte rund vier Stunden. Der Reihe nach wurde alles angeliefert und positioniert: Zuerst kam die Bohrmaschine selbst, ein Raupenfahrzeug, das an Ort und Stelle platziert und exakt ausgerichtet werden musste. Danach folgten der Kompressor, das Bohrgestänge, die aufgerollten Sonden, der Werkzeugwagen und zum Schluss die Mulde für das Bohrgut.

Wer genug Platz und eine gute Zufahrt hat, ist hier klar im Vorteil. Bei einer eng bebauten Liegenschaft wie unserer will jedes Teil sorgfältig an seinen Platz manövriert werden. Genau solche Details klärt man idealerweise im Vorfeld, und hier zahlte sich die sorgfältige Vorabklärung aus, auf die ich gleich noch zu sprechen komme.

Die Erdwärmesonde

Ein Bauteil, das später die entscheidende Arbeit leistet und dann jahrzehntelang unsichtbar im Boden bleibt, ist die Erdwärmesonde selbst. Bei uns kommen Sonden von HakaGerodur zum Einsatz, einem führenden Schweizer Hersteller in diesem Bereich, konkret das Modell GEROtherm DUPLEX. Die Sonde ist letztlich das Element, durch das die Wärmeträgerflüssigkeit zirkuliert und dem Erdreich die Wärme entzieht. Sie muss über Jahrzehnte absolut dicht und zuverlässig sein, denn eine Reparatur in 80 Metern Tiefe ist schlicht nicht möglich. Entsprechend wichtig ist Qualität an genau diesem Punkt.

Ein Wort zur Terminologie, weil das gerne verwechselt wird: In der Branche gilt eine Bohrung gleich eine Sonde. Bei uns sind es also zwei Bohrungen und damit zwei Erdwärmesonden. In der Schweiz ist dabei die Doppel-U-Sonde seit vielen Jahren der Standard. Eine solche Sonde besteht aus zwei U-förmigen Rohrschlaufen, durch die die Wärmeträgerflüssigkeit zirkuliert. Der Vorteil dieser Bauweise: Durch die grössere Oberfläche im Bohrloch ist ein höherer Wärmeentzug aus dem Erdreich möglich als bei einer einfacheren Single-U-Sonde mit nur einer Schlaufe.

Wie eine Erdsondenbohrung abläuft

Das eigentliche Bohren ist der Moment, auf den alles hinausläuft. Vereinfacht gesagt treibt die Bohrmaschine ein Rohrgestänge in die Tiefe, während ein Spülmedium das gelöste Erd- und Gesteinsmaterial nach oben an die Oberfläche befördert, wo es in der Mulde aufgefangen wird. So arbeitet sich der Bohrer Meter für Meter nach unten.

In unserem Fall wird mit einem Führungsrohr gearbeitet. Es stabilisiert das Bohrloch und hält es offen und formstabil. Häufig kommt ein solches Führungsrohr nur für die ersten 20 bis 50 Meter zum Einsatz, dort wo der Boden am ehesten nachfällt. Bei uns wurde es hingegen bis ganz nach unten auf die vollen 80 Meter geführt, was zusätzliche Sicherheit gibt und zu unserem Standort im Arteser-Risikogebiet passt, wo ohnehin besondere Sorgfalt geboten ist. Der Bohrdurchmesser lag bei uns bei 152 Millimetern.

Der Ablauf danach ist gut durchdacht. Ist die Endtiefe erreicht, bleibt das Führungsrohr vorerst im Bohrloch, während das eigentliche Bohrgestänge Stück für Stück wieder nach oben ausgebaut wird. Die einzelnen Elemente sind dabei jeweils zwei Meter lang. Erst wenn das Bohrgestänge komplett draussen ist, wird die Sonde in das noch vom Führungsrohr geschützte Bohrloch hinabgelassen. Anschliessend wird von unten nach oben hinterfüllt, und ganz zum Schluss wird das Führungsrohr langsam herausgezogen. So bleibt das Bohrloch in jeder Phase stabil, bis die Sonde sicher sitzt und das Erdreich sie dauerhaft umschliesst.

Konkret verlegt wurde bei uns pro Bohrung eine GEROtherm DUPLEX, also je eine Doppel-U-Sonde mit ihren zwei Rohrschlaufen. Bei zwei Bohrungen kommen so vier Sondenrohre zusammen, die dem Erdreich die Wärme entziehen. Genau diese Doppel-U-Bauweise sorgt für die grössere wärmeübertragende Fläche im Bohrloch und damit für den besseren Wärmeentzug.

Das Tempo hat mich überrascht. Die erste Bohrung selbst dauerte nur rund ein bis zwei Stunden, so schnell arbeitet sich das Gerät durch den Untergrund. Die zweite Bohrung dauerte etwas länger, weil dabei laufend Proben aus dem Bohrgut genommen werden mussten. Vorschrift ist, alle zwei Meter eine Probe zu ziehen, damit daraus das geologische Profil erstellt werden kann. Diese Probenahme hat die PBS Bohr AG gleich selbst übernommen.

Spannend war für mich auch, wie die Sonde ins Bohrloch kommt. Die Doppel-U-Sonde wird im noch stehenden Führungsrohr eingelassen und sinkt dank ihrer Beschwerung am Fuss von selbst nach unten. Ganz ohne Nachhilfe ging es aber nicht: Auf den letzten Metern musste mit dem Kompressor und etwas Luftdruck nachgeholfen werden, bis die Sonde ganz unten angekommen war.

Das Verpressen: von unten nach oben, lückenlos dokumentiert

Ein Bohrloch darf nach dem Einbringen der Sonde nicht einfach offen oder mit losem Material verfüllt bleiben. Es muss dicht und lückenlos verpresst werden, damit die Sonde dauerhaft satt im Erdreich sitzt, der Wärmeübergang optimal ist und keine unerwünschten Verbindungen zwischen verschiedenen Erdschichten oder Grundwasserstockwerken entstehen. Genau deshalb war das Verpressen für mich einer der spannendsten Momente der ganzen Bohrung.

Dafür wurde zusätzlich zu den vier Rohrschenkeln der Doppel-U-Sonde ein weiteres Rohr, das sogenannte Verpressrohr, mit einem Gewicht bis auf den Grund des Bohrlochs hinabgelassen. Über dieses Rohr wird das Bohrloch von ganz unten nach oben mit einer Verpresssuspension gefüllt, üblicherweise einer Bentonit-Zement-Mischung. Das Verfüllen von unten ist entscheidend: So verdrängt das Füllmaterial das im Bohrloch stehende Wasser nach oben und es entstehen keine Hohlräume oder Lufteinschlüsse, die die Wärmeübertragung verschlechtern oder langfristig zu Setzungen führen könnten.

Besonders eindrücklich fand ich, dass dieser Verpressvorgang lückenlos überwacht und dokumentiert wurde. Zum Einsatz kam dafür ein spezielles Messgerät, das während des Verfüllens laufend die Dichte, den Druck und die Durchflussmenge der Suspension erfasst. So lässt sich in Echtzeit nachweisen, dass das Bohrloch tatsächlich vollständig und mit der richtigen Materialqualität verfüllt wurde. Das Ergebnis ist ein sauberes, nachvollziehbares Protokoll der gesamten Hinterfüllung. Für ein Bauteil, das danach für Jahrzehnte unsichtbar im Boden verschwindet, ist diese dokumentierte Qualitätssicherung goldrichtig, denn nachbessern kann man hier später nicht mehr.

Jede der beiden Bohrungen geht 80 Meter tief, zusammen ergibt das die bewilligten 160 Meter Sondenlänge, also zwei Erdwärmesonden. Weil es Doppel-U-Sonden sind, stecken am Ende vier Rohrschlaufen im Boden. Der geplante Wärmeentzug liegt bei rund 4 kW, was zur Auslegung unserer neuen Wärmepumpe passt.

Bemerkenswert fand ich das Tempo. Inklusive Anfahrt und Aufbau des ganzen Maschinenparks war innerhalb von zwei Tagen alles fertiggestellt. Und am Ende des zweiten Tages deuten nur noch die beiden Sonden, die aus dem Boden ragen, auf die grossen Arbeiten der vergangenen zwei Tage hin. Das Bohrgerät, der Kompressor, die Mulde, alles wieder weg, und zurück bleibt ein aufgeräumter Vorplatz mit zwei unscheinbaren Rohrenden. Dass darunter jetzt die Quelle für unsere künftige Heizwärme liegt, sieht man ihnen nicht an.

Ausblick auf Teil 3

Damit ist das Fundament im wahrsten Sinne des Wortes gelegt. Die Sonden sind im Boden, die Quelle für unsere künftige Heizwärme ist erschlossen. Was jetzt noch fehlt, ist alles, was über dem Boden passiert: der Ausbau unserer alten Stiebel Eltron WPL 18 nach 20 Jahren treuen Diensten, die Zusammenführung der Sondenrohre und die Anbindung an die Haustechnik, und natürlich die neue Wärmepumpe selbst.

Genau darum geht es im dritten Teil dieser Serie. Ich zeige, für welche Maschine ich mich entschieden habe und warum, wie der Ausbau der alten und der Einbau der neuen Anlage abläuft und wie die Inbetriebnahme samt Einbindung in mein Energiemanagement vonstattengeht. Die neue Maschine wird voraussichtlich Mitte Oktober geliefert, entsprechend folgt Teil 3 im Herbst.

Habt ihr Fragen zur Erdsondenbohrung oder selbst schon eine hinter euch? Ich freue mich auf den Austausch in den Kommentaren.