VDI 4640 — Die wichtigste Norm für Erdwärmeanlagen

Was ist die VDI 4640?

Die VDI 4640 ist die zentrale technische Norm in Deutschland für die Planung, den Bau und den Betrieb von Anlagen zur Nutzung der oberflächennahen Geothermie. Sie wurde vom Verein Deutscher Ingenieure (VDI) erarbeitet und umfasst vier Blätter, die verschiedene Aspekte und Systemtypen der Erdwärmenutzung abdecken.

Für Bohrfirmen, die Erdwärmesonden installieren, ist die VDI 4640 das maßgebliche Regelwerk — vergleichbar mit der VOB im Baurecht oder der DIN VDE im Elektrobereich. Wer professionell im deutschen Erdwärmemarkt tätig ist, muss die VDI 4640 kennen und anwenden.

Die vier Blätter der VDI 4640 im Überblick

Die VDI 4640 ist in vier thematisch getrennte Blätter aufgeteilt:

Blatt	Titel	Letzte Ausgabe	Inhalt
Blatt 1	Grundlagen, Genehmigungen, Umweltaspekte	2010	Rechtliche Grundlagen, Genehmigungsverfahren, Grundwasserschutz
Blatt 2	Erdwärmesonden	2019	Planung, Bau, Betrieb geschlossener Bohrlochanlagen
Blatt 4	Direkte Nutzung	2004	Wärmepumpen, Direktkühlung ohne Zwischenkreis

VDI 4640 Blatt 1 — Grundlagen und Genehmigungen

Blatt 1 gibt den übergeordneten Rahmen: Grundwasserschutz, rechtliche Verantwortlichkeiten und Anforderungen an das Genehmigungsverfahren.

Wichtigste Inhalte für Bohrfirmen

Anerkannte Regeln der Technik: Blatt 1 stellt klar, dass die gesamte Norm als “anerkannte Regeln der Technik” gilt — das hat rechtliche Bedeutung. Ein Verstoß gegen diese Regeln begründet Haftung.

Grundwasserschutz: Die VDI 4640 legt fest, dass alle Bohrarbeiten so ausgeführt werden müssen, dass eine Verbindung verschiedener Grundwasserhorizonte ausgeschlossen wird. Dies erfordert eine vollständige, fachgerechte Ringraumverfüllung (Verpressung) — von unten nach oben, lückenlos.

Schutzgebiete: Blatt 1 differenziert die Anforderungen nach Lage des Vorhabens:

• In Trinkwasserschutzgebieten Zone I: Bohrungen grundsätzlich unzulässig.
• In Zone II: Im Regelfall unzulässig, Ausnahmen möglich.
• In Zone III: Erhöhte Anforderungen, aber grundsätzlich möglich.
• Außerhalb von Schutzgebieten: Regelverfahren nach Blatt 2.

Fachbetriebspflicht: Blatt 1 fordert, dass Bohrarbeiten nur von qualifizierten Fachbetrieben ausgeführt werden — in Deutschland ist das die DVGW W 120-Zertifizierung für Bohrfirmen.

VDI 4640 Blatt 2 — Erdwärmesonden (das wichtigste Blatt für Bohrfirmen)

Blatt 2 ist das Kernstück der VDI 4640 für alle, die Erdwärmesonden installieren. Die Ausgabe 2019 hat das Vorgängerdokument grundlegend überarbeitet und aktualisiert.

Auslegung und Planung

Blatt 2 gibt die Methodik für die Auslegung von Erdwärmesondenanlagen vor:

Spezifische Entzugsleistung: Die Norm enthält Tabellen mit Richtwerten für die spezifische Wärmeentzugsleistung (W/m) in Abhängigkeit von der Geologie. Diese Werte sind Grundlage für die Berechnung der erforderlichen Bohrmeter.

Thermal Response Test (TRT): Bei größeren Anlagen (> 30 kW Entzugsleistung oder > 5 Sonden) empfiehlt Blatt 2 einen Wärmeleitfähigkeitsmesstest im Bohrloch (Thermal Response Test), um die tatsächliche thermische Leitfähigkeit des Untergrunds zu bestimmen.

Mindestabstände: Zwischen mehreren Erdwärmesonden einer Anlage müssen Mindestabstände eingehalten werden, um thermische Kurzschlüsse zu vermeiden. Zu benachbarten Anlagen sind größere Abstände vorgeschrieben. Die konkreten Abstandsvorgaben sind der aktuellen Ausgabe der VDI 4640 zu entnehmen.

Bau und Ausführung

Blatt 2 enthält konkrete Anforderungen an die Ausführung der Bohrung und den Einbau der Sonde:

Materialanforderungen:

• Sondenrohre aus PE-RC (Polyethylen mit erhöhter Risszähigkeit) nach DIN 8074
• Mindestrohrdicke und Druckstufe nach Vorgabe der VDI 4640
• Abstandshalter in regelmäßigen Intervallen über die gesamte Sondenlänge
• U-Stücke und Sondenköpfe nach DVS-Schweißrichtlinien

Bohrlochausführung:

• Mindestdurchmesser des Bohrlochs in Abhängigkeit vom Sondentyp
• Anforderungen an die Standrohrtour im Lockergestein
• Verbot des Einsatzes ölbasierter Spülmittel

Verpressung (Ringraumverfüllung):

• Ausschließlich Kontraktorrohr-Verfahren (von unten nach oben)
• Thermische Mindestleitfähigkeit des Verpressmörtels ist normativ festgelegt
• Vollständige lückenlose Verfüllung als Nachweis durch Protokoll
• Anforderungen an die Zusammensetzung und Verträglichkeit der Füllmaterialien

Druckprüfung:

• Pflichtprüfung vor der Verpressung
• Die Norm definiert Mindestanforderungen an Prüfdruck, Haltedauer und zulässigen Druckabfall
• Schriftliche Dokumentation: Druckprüfprotokoll
• Die konkreten Prüfparameter sind der aktuellen Ausgabe der VDI 4640 Blatt 2 zu entnehmen

Betrieb und Monitoring

Blatt 2 enthält auch Hinweise für den Betrieb der Anlage, die für Bohrfirmen bei der Planung und Übergabe relevant sind:

• Wärmeträgerflüssigkeit: Wasser oder Wasser-Glykol-Gemisch (Ethylenglykol oder Propylenglykol — Propylenglykol bei Grundwassernähe bevorzugt wegen besserer Umweltverträglichkeit). Die Norm regelt Konzentrationsgrenzen.
• Mindestrücklauftemperatur: Die VDI 4640 definiert Grenzwerte, um Eisbildung im Bohrloch zu verhindern.
• Systemdruck im Betrieb: Die Norm legt Mindestanforderungen an den Überdruck fest.

VDI 4640 Blatt 4 — Direkte Nutzung

Blatt 4 behandelt die direkte Nutzung der Erdwärme ohne Wärmepumpe oder mit Direktkühlung. Das ist ein Nischenthema, das für die meisten Bohrfirmen kaum relevant ist. Hauptanwendungsfall: Gebäudekühlung über Erdwärmesonden im Sommer (“Free Cooling”), ohne Wärmepumpe, nur mit Umwälzpumpe.

Praktische Auswirkungen der VDI 4640 auf den Bohrfirmen-Alltag

In der Angebotserstellung

Wenn Sie ein Angebot für eine Erdwärmebohrung erstellen, sollte das Angebot explizit auf die Ausführung nach VDI 4640 verweisen. Das schützt Sie rechtlich und gibt dem Auftraggeber Klarheit über den Ausführungsstandard.

In der Genehmigung

Die meisten Genehmigungsbescheide verweisen explizit auf die VDI 4640 Blatt 2 als anzuwendenden Standard. Wenn Sie die Norm kennen, können Sie Auflagen der Behörde schnell einordnen und rechtssicher reagieren.

In der Qualitätssicherung

Die VDI 4640 gibt vor, welche Protokolle geführt werden müssen:

• Bohrprotokoll (Schichtenverzeichnis): Norm fordert vollständige Dokumentation der Geologie
• Druckprüfprotokoll: Pflichtdokument, Mindestanforderungen an Inhalt definiert
• Verpressprotokoll: Material, Menge, Verfahren nachweisen

Diese drei Protokolle sind der Nachweis gegenüber Auftraggeber, Behörde und Versicherung, dass die Anlage normkonform ausgeführt wurde.

Im Gewährleistungsfall

Wenn nach der Übergabe Mängel auftreten — schlechte Anlageneffizienz, Leckagen, Grundwasserprobleme — wird im Streitfall geprüft, ob die VDI 4640 eingehalten wurde. Fehlen Protokolle oder sind Abweichungen von der Norm nicht dokumentiert, ist die Beweislast sehr ungünstig für das Bohrunternehmen.

Verhältnis zu anderen Normen und Regelwerken

Die VDI 4640 steht nicht allein — sie ist eingebettet in ein Netz aus Normen und Regelwerken:

Regelwerk	Bezug zur VDI 4640
WHG / Landeswassergesetze	Gesetzliche Grundlage, VDI 4640 als anerkannte Regel
DVGW W 120	Anforderungen an Fachbetriebe (Bohrfirmen)
DIN 8074 / DIN 8075	Rohrqualität für PE-RC Sondenrohre
DVS 2207	Schweißrichtlinien für Sondenrohre und Verbindungen
DIN EN 12831	Heizlastberechnung (Grundlage für Auslegung)
DIN EN ISO 25177	Feldbeschreibung Bodenkunde (Bohrprotokoll)
LAWA-Empfehlungen	Länderarbeitsgemeinschaft Wasser — ergänzende Empfehlungen

Aktuelle Entwicklungen und Ausblick

Die Geothermiebranche wächst, und mit ihr die Anforderungen an die Normung. In der Diskussion sind derzeit:

• Revision Blatt 1: Anpassung an geänderte Rechtslage (neue WHG-Novellen, EU-Wasserrahmenrichtlinie).
• Neue Empfehlungen für Tiefsonden: Für Sonden über 400 m gibt es bislang keine spezifischen Normen — Branchenverbände wie GtV und BVEG arbeiten an Ergänzungen.
• Digitalisierung des Bohrprotokolls: Diskussionen über standardisierte digitale Formate für die Behördenmeldung.
• Qualitätsanforderungen Verpressmörtel: Mögliche Verschärfung der Mindestanforderungen für die thermische Leitfähigkeit in Wasserschutzgebieten.

Als Bohrfirma sollten Sie Mitglied in einem Fachverband sein (GtV — Bundesverband Geothermie, BVEG — Bundesverband Erdgas, Erdöl und Geoenergie, oder einem Landesverband), um über Normungsänderungen rechtzeitig informiert zu werden.