Verpressung Erdwärmesonde

Was ist die Verpressung und warum ist sie so wichtig?

Die Verpressung (auch: Ringraumverfüllung oder Bohrlochverfüllung) bezeichnet das Verfüllen des Ringspalts zwischen der eingebauten Erdwärmesonde und der Bohrlochwand mit einem hydraulisch abbindenden Mörtel. Sie ist kein Nebenaspekt — sie ist der wichtigste Qualitätsschritt der gesamten Erdwärmebohrung.

Warum? Zwei Gründe:

1. Grundwasserschutz: Im Untergrund gibt es oft mehrere Grundwasserstockwerke in unterschiedlichen Tiefen, die durch natürliche Tonschichten voneinander getrennt sind. Eine Bohrung durchdringt diese Trennschichten. Wenn der Ringraum nicht vollständig und fachgerecht verfüllt wird, entstehen vertikale Kurzschlüsse zwischen den Stockwerken — Grundwasser aus einem tiefen, möglicherweise belasteten Horizont kann in das Trinkwasser führende oberflächennahe Grundwasser gelangen. Das ist eine schwere Ordnungswidrigkeit nach WHG und kann strafrechtliche Konsequenzen haben.

2. Wärmeübertragung: Nur wenn der Ringraum vollständig und ohne Hohlräume verfüllt ist, wird Wärme effektiv vom Gestein über den Mörtel auf die Sondenrohre übertragen. Lufteinschlüsse oder Wasserhohlräume wirken als Isolatoren und reduzieren die Entzugsleistung der Anlage erheblich.

Das Kontraktorrohr-Verfahren (Tremie-Verfahren)

Das einzige nach VDI 4640 Blatt 2 und DVGW W 120 zugelassene Verfahren ist das Kontraktorrohr-Verfahren:

1. Nach Einbau der Erdwärmesonde wird ein Verpressrohr (flexibler Schlauch oder starres Rohr, Innendurchmesser ≥ 25 mm) bis auf den Bohrlochgrund abgesenkt.
2. Die Mörtelpumpe beginnt, Verpressmörtel zu fördern. Der Mörtel tritt am Bohrlochgrund aus.
3. Das Verpressrohr wird gleichmäßig und kontrolliert nach oben gezogen, immer so dass das Rohrende noch ca. 0,5–1,0 m im frischen Mörtel liegt.
4. Der Mörtel steigt von unten nach oben und verdrängt die Bohrspülung vollständig aus dem Ringraum.
5. Der Verpressvorgang ist abgeschlossen, wenn aus dem Bohrlochkopf Mörtel austritt, der die gleiche Konsistenz wie der eingepumpte hat (kein verdünnter Austritt).

Wichtig: Das Verpressrohr darf nie schneller gezogen werden als der Mörtel aufsteigt — sonst entstehen Unterbrechungen und Hohlräume.

Verpressmaterialien und ihre Eigenschaften

Zement-Bentonit-Fertigmörtel (Standard)

Handelsnamen: Füllbinder W (Heidelberg Materials), Tardosol, Thermocem und ähnliche.

Diese werksgemischten Produkte sind speziell für die Ringraumverfüllung bei Erdwärmebohrungen entwickelt und zugelassen. Sie verbinden:

• Hohe thermische Leitfähigkeit: Die Produkte erfüllen die normative Mindestanforderung der VDI 4640; je nach Produkt und Anmischung liegen die Werte teils deutlich darüber.
• Abdichtende Wirkung: Hydraulisch abbindend, schließt alle Hohlräume.
• Langzeitbeständigkeit: Beständig gegen das Grundwasserchemismus, keine Auswaschung.
• Einfache Verarbeitung: Werkseitig geprüfte Mischungen, nur Wasser zugeben.

Eigenschaft	Geregelt durch	Praxis
Thermische Leitfähigkeit λ	VDI 4640 definiert Mindestwert	Fertigmörtel erfüllen oder übertreffen die Anforderung
Pumpbarkeit	Muss durch Kontraktorrohr pumpbar sein	Werkseitig geprüfte Mischungen
Volumenstabilität	Kein Schwinden gefordert	Expansiv (leicht quellend)
Beständigkeit	Langzeitbeständig im Grundwasser	Zertifiziert

Die konkreten Mindestwerte für die thermische Leitfähigkeit und weitere Parameter sind der aktuellen Ausgabe der VDI 4640 Blatt 2 zu entnehmen.

Bentonit-Suspension (Sonderfall)

Reine Bentonit-Suspensionen haben eine deutlich schlechtere Wärmeleitfähigkeit als Fertigmörtel. Sie werden eingesetzt, wenn quellfähige Tonschichten im Bohrloch eine zusätzliche Abdichtungswirkung erfordern oder wenn das Bohrloch sehr engmaschig ist und ein fließfähigeres Material benötigt wird. Behörden lassen Bentonit-Suspensionen teilweise zu — allerdings nur mit Nachweis der technischen Eignung im konkreten Einzelfall.

Nicht zugelassene Materialien

Folgende Materialien sind für die Ringraumverfüllung bei Erdwärmebohrungen nicht zulässig:

• Reiner Portland-Zement (schlechte Beständigkeit gegen Sulfatangriff, Rissbildung)
• Gips oder Anhydrit (nicht grundwasserbeständig)
• Ölbasierte oder lösemittelhaltige Dichtmittel
• Bohrabraum / Erdmaterial (nicht homogen, keine definierte Wärmeleitfähigkeit)

Dokumentationspflichten bei der Verpressung

Die VDI 4640 Blatt 2 fordert eine vollständige Dokumentation der Verpressung. Das Verpressprotokoll muss mindestens enthalten:

• Datum und Uhrzeit der Verpressung
• Verwendetes Verpressmaterial (Produktname, Charge)
• Anmischverhältnis (Wasser-Zement-Wert)
• Verbrauchte Menge (Liter oder kg Trockenmaterial)
• Verpressdruck (Angabe des Pumpdrucks während der Verpressung)
• Beobachtungen während der Verpressung (gleichmäßiger Aufstieg? Besonderheiten?)
• Bestätigung des vollständigen Austritts am Bohrlochkopf
• Unterschrift des verantwortlichen Bohrmeisters

Das Verpressprotokoll ist Bestandteil der Bauakte und muss dem Auftraggeber übergeben werden. Es kann von der Genehmigungsbehörde angefordert werden.

Häufige Fehler und wie man sie vermeidet

Fehler 1: Verpressung von oben

Das Eingießen von Mörtel von oben in das Bohrloch ist das häufigste und schwerwiegendste Fehler. Es entstehen unweigerlich Hohlräume, da der Mörtel an der Sonde abläuft und Hohlräume hinter Gesteinsvorsprüngen oder Bohrlocherweiterungen nicht gefüllt werden. Außerdem ist die Methode nach VDI 4640 und DVGW W 120 explizit verboten.

Fehler 2: Zu schnelles Ziehen des Verpressrohrs

Wenn das Kontraktorrohr schneller gezogen wird als der Mörtel aufsteigt, entsteht eine Unterbrechung der Verpressung — der Mörtel oben liegt auf, darunter befindet sich noch Bohrspülung. Ergebnis: Vertikaler Kurzschluss und schlechte Wärmeübertragung.

Fehler 3: Zu flüssiger Mörtel

Ein zu hoher Wasseranteil verbessert zwar die Pumpbarkeit, reduziert aber die thermische Leitfähigkeit und die mechanische Festigkeit erheblich. Der λ-Wert des erhärteten Mörtels kann bei zu viel Wasser deutlich unter den normativ geforderten Mindestwert fallen.

Fehler 4: Fehlende Mengenberechnung

Wenn der Materialbedarf nicht vorab berechnet wird, kann es passieren, dass der Mörtel nicht bis zum Bohrlochkopf reicht. Eine Nachverpressung von oben ist dann zwar möglich, schafft aber eine Schwachstelle. Immer mit Zuschlag bestellen.

Fehler 5: Keine Kontrolle des Mörtelaustritts

Die Verpressung gilt erst als abgeschlossen, wenn am Bohrlochkopf Frischmörtel mit der Konsistenz des eingepumpten Materials austritt. Verdünnte, wässrige Austrite zeigen an, dass noch Bohrspülung im System ist.

Qualitätssicherung und behördliche Prüfung

In einigen Bundesländern verlangen Genehmigungsbehörden bei Bohrungen in Wasserschutzgebieten oder Trinkwasserschutzzonen eine Nachprüfung der Verpressung durch einen zugelassenen Sachverständigen (z. B. Hydrogeologen). In Bayern kann die Untere Wasserbehörde eine Kontrollmessung per Zement-Bond-Log (akustisches Bohrlochlog) verlangen, das den Haftungsgrad des Mörtels an der Bohrlochwand und der Sonde prüft.

Als Bohrfirma sind Sie gut beraten, auch ohne behördliche Auflage die Verpressung sorgfältig zu dokumentieren. Bei Schadensfällen — zum Beispiel wenn nachgewiesen wird, dass eine Sonde das Grundwasser verunreinigt hat — liegt die Beweislast für die fachgerechte Ausführung beim ausführenden Unternehmen.

Checkliste: Verpressung Erdwärmesonde

• Druckprüfung der Sonde vor Verpressung abgeschlossen und bestanden
• Verpressmaterial: zugelassenes Fertigprodukt, das die Anforderungen der VDI 4640 an die thermische Leitfähigkeit erfüllt
• Anmischverhältnis geprüft (W/Z-Wert nach Herstellerangabe)
• Materialbedarf berechnet (mit 15 % Zuschlag)
• Kontraktorrohr bis auf Bohrlochgrund abgesenkt
• Verpressung ausschließlich von unten nach oben
• Gleichmäßiger Aufstieg kontrolliert (kein zu schnelles Ziehen)
• Mörtelaustritt am Bohrlochkopf kontrolliert (korrekte Konsistenz)
• Verpressprotokoll vollständig ausgefüllt und unterschrieben