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VDI 4640 – Planung, Errichtung und Betrieb von Erdwärmesystemen

Die VDI 4640 ist eine Richtlinie des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI), die die Planung, Dimensionierung, Errichtung und den Betrieb von Erdwärmesystemen regelt. Sie stellt sicher, dass Wärmepumpenanlagen mit Erdwärme effizient, sicher und umweltverträglich genutzt werden.

???? Vollständige Bezeichnung:
VDI 4640 – Thermische Nutzung des Untergrunds

Diese Richtlinie ist besonders relevant für Erdwärmesonden, Erdwärmekollektoren, Grundwasserwärmepumpen und saisonale Wärmespeicher.

1. Struktur der VDI 4640

Die Richtlinie besteht aus mehreren Teilen:

2. Grundlegende Anforderungen nach VDI 4640

a) Arten von Erdwärmesystemen

Die VDI 4640 beschreibt verschiedene Wärmequellen für Wärmepumpenanlagen:

1. Erdwärmesonden (vertikale Bohrungen bis 100 m Tiefe)

   • Hohe Effizienz, da das Erdreich konstante Temperaturen hat
   • Bohrgenehmigung erforderlich
   • Geringer Platzbedarf

2. Erdwärmekollektoren (horizontale Flächenkollektoren in 1–2 m Tiefe)

   • Niedrigere Kosten als Sonden, aber großer Platzbedarf
   • Temperaturabhängig, da sie in der oberen Erdschicht liegen

3. Grundwasser-Wärmepumpen

   • Nutzung des Grundwassers als Wärmequelle
   • Hohe Effizienz, aber Genehmigungspflicht durch Wasserbehörden
   • Benötigt zwei Brunnen: Entnahme- und Schluckbrunnen

4. Eisspeicher & PVT-Kollektoren

   • Kombination mit Solarthermie möglich
   • Speicherung von Umweltwärme aus Luft, Sonne und Wasser

3. Planung & Dimensionierung nach VDI 4640 Blatt 2

Die richtige Dimensionierung ist entscheidend für die Effizienz der Anlage.

a) Ermittlung des Wärmebedarfs

• Der Heiz- und Kühlbedarf des Gebäudes bestimmt die Größe der Erdwärmeanlage.
• Die Jahresarbeitszahl (JAZ) sollte mindestens 4,0 betragen, um eine wirtschaftliche Nutzung zu gewährleisten.

b) Bestimmung der Sondenlänge bei Erdwärmesonden

Die benötigte Bohrtiefe hängt ab von:

• Spezifischer Wärmeentzugsleistung des Bodens (W/m)
• Wärmebedarf des Gebäudes
• Klimatische Bedingungen des Standorts

???? Beispielwerte für Entzugsleistungen:

???? Beispiel:
Ein Einfamilienhaus mit 6 kW Heizleistung benötigt in lehmigem Boden (~60 W/m) eine Erdwärmesonde von ca. 100 m Länge.

4. Genehmigungsverfahren nach VDI 4640 Blatt 3

a) Genehmigungspflicht für Bohrungen

• Erdwärmesonden benötigen eine Genehmigung von der Unteren Wasserbehörde (da sie ins Grundwasser reichen können).
• Grundwasser-Wärmepumpen benötigen zusätzlich eine wasserrechtliche Erlaubnis.

b) Umweltaspekte

• Die Nutzung von Erdwärme muss hydrogeologische und umwelttechnische Aspekte berücksichtigen.
• Es müssen Leckage-Schutzmaßnahmen getroffen werden, um eine Verschmutzung des Grundwassers zu vermeiden.

5. Effizienz & Umweltvorteile nach VDI 4640 Blatt 4

a) Energieeffizienz & Jahresarbeitszahl (JAZ)

• Die JAZ gibt an, wie effizient eine Wärmepumpe arbeitet:

  • JAZ
  • JAZ 4,0 – 5,0 → gut
  • JAZ > 5,0 → sehr effizient

• Eine hohe JAZ wird erreicht durch:

  • Optimale Dimensionierung der Anlage
  • Niedrige Vorlauftemperaturen (z. B. Fußbodenheizung)
  • Gute Gebäudedämmung

b) Nachhaltigkeit & CO₂-Einsparung

• Erdwärmeanlagen können den CO₂-Ausstoß um bis zu 70 % im Vergleich zu fossilen Heizsystemen reduzieren.
• Kombination mit Photovoltaik und Speichersystemen ermöglicht eine nahezu autarke Wärmeversorgung.

6. Vergleich VDI 4640 mit anderen Normen

Fazit

• Die VDI 4640 ist die wichtigste Richtlinie für Erdwärmesysteme & Wärmepumpen.
• Sie beschreibt die Planung, Bohrung, Installation & den Betrieb von Erdwärmesonden, -kollektoren & Grundwasser-Wärmepumpen.
• Die richtige Dimensionierung ist entscheidend für eine hohe Effizienz (JAZ > 4,0).
• Genehmigungen sind je nach Standort & Wasserschutzgebiet erforderlich.
• Erdwärme ist eine nachhaltige Lösung mit hohem Einsparpotenzial an CO₂ und Energiekosten