aiMOOC

Geothermische Energie gewinnen - Brunnenbauer - LF 15

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Einleitung

Du arbeitest im dritten Ausbildungsjahr als angehende Fachkraft im Beruf Brunnenbauer und erhältst einen Auftrag zur geothermischen Wärmegewinnung. Dieser vollständige aiMOOC behandelt die Handlungskompetenzen von Lernfeld 15 des KMK-Rahmenlehrplans für Tiefbauberufe auf Seite 56 mit dem Zeitrichtwert 40 Unterrichtsstunden. Du lernst, eine Erdwärmebohrung auftragsbezogen zu analysieren, Systeme zu vergleichen, geologische und wasserrechtliche Bedingungen einzubeziehen, Bohrverfahren und Sondenausbau zu planen, Materialmengen zu berechnen, Qualität zu prüfen und den Auftrag datenschutzgerecht zu dokumentieren und ökologisch wie ökonomisch zu bewerten.

Leitauftrag: Eine fiktive Bauherrschaft möchte eine Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Erdwärmesonden betreiben und, sofern die Anlage geeignet ist, im Sommer Gebäudeabwärme in den Untergrund abführen. Am Ende erstellst du eine vollständige modellhafte Planungs- und Übergabeakte. Gefährliche Bohr-, Verpress-, Schweiß-, Druck- oder Fluidarbeiten werden niemals eigenständig im Unterricht durchgeführt; reale Tätigkeiten sind ausschließlich unter befugter fachlicher Aufsicht, mit Unterweisung, Genehmigungen und Herstellerfreigaben zulässig. Papiermodelle, Simulationen und Datenprotokoll-Übungen sind sichere Alternativen.

Ausbildungs- und Rechtsstand: Die berufliche Ausbildungsordnung beruht laut BIBB auf der Tiefbauberufeausbildungsverordnung vom 3. Juni 2024 mit Änderung vom 17. Dezember 2024. Für den tatsächlichen Ausbildungsbetrieb gelten der individuelle Ausbildungsplan, der Landeslehrplan, die zuständige Kammer sowie jeweils aktuelle Normen und Behördenauflagen. Dieser Kurs ersetzt weder eine betriebliche Unterweisung noch eine amtliche Anerkennung oder Prüfungszulassung.

Geothermische Systeme und Wärmeübertragung

Funktionsprinzip und Wärmepumpe

Oberflächennahe Geothermie erschließt thermische Energie aus Boden und Gestein. Eine Erdwärmesonde ist ein in eine Bohrung eingebauter, geschlossener Wärmeübertrager. Ein Wärmeträger fließt in Rohren durch den Untergrund und transportiert Wärme zur Wärmepumpe. Bei einer offenen Grundwasser-Wärmepumpe hingegen wird Grundwasser durch einen Förderbrunnen entnommen und nach thermischer Nutzung über eine geeignete Rückführung, etwa einen Schluckbrunnen, zurückgegeben. Beide Systeme sind fachlich und genehmigungsrechtlich zu unterscheiden.

Eine Sole-Wasser-Wärmepumpe führt die relativ niedrig temperierte Erdwärme einem Verdampfer zu. Der Verdichter erhöht Druck und Temperatur des Kältemittels; im Verflüssiger wird Wärme an das Heizsystem abgegeben, das Expansionsorgan senkt anschließend den Druck. Eine vereinfachte Leistungsbilanz lautet: Heizleistung = Quellleistung + elektrische Antriebsleistung. Bei 8 kW Heizleistung und Leistungszahl 4 beträgt die elektrische Aufnahmeleistung 8 / 4 = 2 kW und die Quellleistung 8 − 2 = 6 kW. Eine Leistungszahl an einem Betriebspunkt ist nicht mit der Jahresarbeitszahl identisch; diese bilanziert ein ganzes Betriebsjahr anhand der festgelegten Systemgrenzen.

Abbildung: Erdwärmegewinnung mit horizontalem Kollektor bzw. vertikalen Sonden; Hannes Grobe, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons.

Abbildung: Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe; Ilmari Karonen, vom Urheber gemeinfrei gestellt. Die im Bild gezeigten Stoffströmungspfeile sind nicht ohne Weiteres Wärmestrompfeile.

Geprüftes deutschsprachiges Video zur Funktionsweise und Einordnung von Wärmepumpen: Breaking Lab (2022). Historische Strompreise oder politische Angaben aus dem Video sind keine aktuellen Bemessungswerte.

Wärmequellen und Kühlung vergleichen

Wärmequelle	Aufbau	Wesentliche Planungsaspekte
Doppel-U-Sonde	Zwei U-förmige Rohrkreise in vertikaler Bohrung	Dichte Rohrführung, Einbautiefe, Ringraumverfüllung
Koaxialsonde	Konzentrierter Innen- und Außenstrom	Hydraulische Auslegung und Herstelleranweisungen
Ringrohrsonde	Mehrere in einem Ring angeordnete Rohrstränge	Bohrdurchmesser, Rohrabstand und Wärmeübergang
Flächenkollektor	Flach verlegte Rohrregister	Verfügbare Fläche, Tiefe, Bodenfeuchte und Überbauung
Erdwärmekorb	Kompaktes Rohrsystem im flachen Erdreich	Lokaler Wärmeentzug und Platzbedarf
Energiepfahl	Wärmeübertrager im Gründungsbauteil	Tragwerks- und Wärmetechnik abstimmen
Förder- und Schluckbrunnen	Offenes Grundwassersystem	Hydrochemie, Förderleistung, Rückführung und Wasserrecht

Heiz- und Kühlbetrieb: Beim Heizen wird dem Untergrund Wärme entzogen; beim passenden Kühlbetrieb kann Gebäudewärme zurückgeführt werden. Bei passiver Kühlung erfolgt die Wärmeübertragung oft mit geringerem elektrischen Aufwand als bei aktiver Verdichterkühlung. Das ist keine automatische Genehmigung zur unbeschränkten Erwärmung des Bodens: thermische Wechselwirkungen, Grenzwerte, Nachbarsonden und ökologische Auswirkungen müssen berücksichtigt werden.

Wichtige Fachbegriffe: Die spezifische Entzugsleistung in W/m bezieht sich auf thermisch wirksame Sondenmeter. Die Wärmeleitfähigkeit beschreibt die Fähigkeit des Untergrunds zur Wärmeleitung. Ein Thermal Response Test kann bei geeigneten Projekten Hinweise auf thermische Eigenschaften liefern. Schätzwerte aus Katalogen sind keine überall gültigen Standortdaten. Faktoren wie Gestein, Grundwasserströmung, Jahresbetriebsstunden, Sondenfeldgröße und langfristige Abkühlung begrenzen einfache Längenformeln.

Standort, Grundwasser und behördliche Vorgaben

Einen berufstypischen Auftrag prüfen

Prüfe zunächst Heiz- und gegebenenfalls Kühlbedarf, geforderte Wärmequellenleistung, Lage des Grundstücks, mögliche Bohrpunkte, bekannte Erdleitungen, Verkehrs- und Baustellenzugang, Nachbarbebauung und verfügbare Dokumente. Ein prognostiziertes Bohrprofil aus einer Datenbank ist nicht identisch mit einem tatsächlich erbohrten Schichtenverzeichnis. Kennzeichne Datenquelle, Stand und Unsicherheit. Zur Prüfung gehören geologische Sperrhorizonte, wasserleitende Schichten, mögliche artesische Verhältnisse, Karst, Altlasten und vorhandene Wasserfassungen.

Das Informationssystem Oberflächennahe Geothermie des LGRB Baden-Württemberg liefert geologische Standortinformationen, eine Vorhersage von Schichten und Hinweise auf Risiken sowie Einschränkungen. Es ersetzt ausdrücklich keine individuelle geologische Bewertung. Grundwasserleiter dürfen durch eine Bohrung nicht unbeabsichtigt hydraulisch miteinander verbunden werden. Unerwartet hoher Wasserzutritt, erhebliche Spülungsverluste oder eine unklare Grundwassertrennschicht erfordern Arbeitsstopp und Klärung durch die verantwortlichen Fachleute und gegebenenfalls Behörden.

Abbildung: Erdwärmesondenbohrung als Baustellenbeispiel; Tetris L, Public Domain, Wikimedia Commons. Suche im Bild mögliche Gefahrenbereiche und diskutiere, welche Informationen außerhalb des Bildes für eine sichere Baustelle fehlen.

Wasserrecht, Abstände und Datenschutz

Die zuständige untere Wasserbehörde legt für den konkreten Ort fest, welche Anzeige-, Erlaubnis- und Auflagenpflichten zu erfüllen sind. Wasserhaushaltsgesetz, einschlägiges Landesrecht und mögliche bergrechtliche sowie geologische Meldepflichten sind zu beachten. Eine Bohrung darf erst nach den tatsächlich erforderlichen Freigaben erfolgen. Ein Abstand aus dem Internet ist nicht automatisch für jedes Bundesland oder Grundstück gültig. Prüfe Grundstücksgrenzen, andere Wärmequellen, Gebäudefundamente, Leitungen, Grundwasserfließrichtung und gegenseitige thermische Beeinflussung anhand der vor Ort verbindlichen Regelungen.

Entscheidungsmatrix: Ist der Schutz des Grundwassers ungeklärt, wähle „noch keine Ausführung“ statt eine Freigabe zu unterstellen. Bei unmöglicher Bohrung prüfe Alternativen wie Kollektorsysteme oder eine andere Heizwärmequelle. Erstelle einen maßstäblichen Lageplan mit eindeutig gekennzeichneten fiktiven Bohrpunkten und Rohrtrassen. Dokumentiere sowohl den gewählten als auch den verworfenen Standort.

Datenschutz und Digitalisierung: Verwende GIS, CAD und digitale Protokolle nachvollziehbar, mit Dateiversion, Bearbeitungsstand und Quellenangabe. Kläre Zugriffsrechte, sichere Übermittlung und Aufbewahrung. In diesem Kurs stehen keine echten Namen, Hausadressen, GPS-Koordinaten von Kunden, Betriebsgeheimnisse oder personenbezogenen Lerndaten. Fiktive Daten genügen vollständig.

Bohrung, Sondenausbau und Qualitätssicherung

Bohrverfahren und Baustellensicherheit

Trockenbohren und Spülbohren haben unterschiedliche Eignungsbereiche. Für die Auswahl zählen Geologie, Standfestigkeit, Grundwasserverhältnisse, Durchmesser, Tiefe, Austrag des Bohrkleins, Umweltrisiken und Auflagen. Das Bohrverfahren wird nicht nur nach Anschaffungskosten der Maschine bestimmt. Erforderliche Verrohrungen, Probenahme und Bohrlochmessungen sind in einem Arbeits- und Prüfplan festzulegen. Halte die tatsächliche Schichtenabfolge und Vorkommnisse im Bohrprotokoll fest, statt Vorhersagen als Messdaten auszugeben.

Gefährdungsbeurteilung: Vor einer realen Baustelle sind Leitungsortung, Tragfähigkeit des Aufstellbereichs, Maschinenprüfung, Unterweisung, Schutz vor Einzug in drehende Teile, sicheren Lasten- und Rohrtransport, Staub- und Lärmschutz, Standsicherheit, Fluchtwege, Erste Hilfe und der Schutz der Umgebung abzustimmen. Der BG-BAU-Baustein B 184 beschreibt diese Gefahren und fordert unter anderem eine verantwortliche Aufsicht sowie geeignete Maschinenführer. Für Auszubildende sind nur Tätigkeiten erlaubt, die Ausbildung, Sicherheitsstand, Aufsicht und Qualifikation zulassen. Im Unterricht werden Gerätesicherheit und Ablauf anhand eines Modells oder Videos untersucht.

Berufsvideo: „Werde Erdwärme-Macher!“ der Erdwärme Gemeinschaft Bayern (2021) zeigt berufliche Rollen beim Bohren, beim Rohrleitungsbau und bei Wärmepumpen. Es ist keine Bedienanleitung.

Einbau, Ringraum und Verpressmaterial

Die Doppel-U-Sonde besitzt vier über die Sondentiefe verlaufende Rohrstränge. Vor dem Einbau sind Bauteilfreigaben, Unversehrtheit, Baulänge, Materialkennung und Herstellervorgaben zu prüfen. Der Ringraum zwischen Bohrlochwand und eingebauter Sonde wird sachgerecht und vollständig verpresst. Eine geeignete Verpresssuspension soll geologische Schichten dauerhaft abdichten und einen funktionierenden Wärmeübergang ermöglichen. Auswahlkriterien sind Dichtwirkung, Wärmeleitfähigkeit, Festigkeit, Verträglichkeit, Einbau- und Erstarrungsverhalten sowie gegebenenfalls Frost-Tau-Beständigkeit.

Abbildung: Vereinfachter Querschnitt einer Doppel-U-Sonde; Hortensec, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons.

Misch- und Verpressanlage, Rezeptur, Abfolge und Kontrollen richten sich nach aktuell geltenden technischen Regeln, Genehmigungsauflagen und freigegebenen Herstellervorgaben. Eine eigenmächtige Änderung der Rezeptur oder ein ungeprüfter Wasserzusatz ist unzulässig. Notiere Charge, Einbaumenge und beobachtete Abweichungen in einem Verpressprotokoll. Deutlich zu geringe Rücklauf- oder Einbaumengen erfordern Ursachenprüfung, nicht bloß einen korrigierten Schätzwert. Keine eigenständigen Misch-, Pump- oder Druckexperimente mit realen Baustoffen.

Leitungen, Verteilerschacht und dokumentierte Prüfung

Die Sonden werden über fachgerecht hergestellte Rohrverbindungen mit dem Verteilersystem verbunden. Kunststoffschweißungen erfordern geeignete Verbindungstechnik, Werkstoffe, Unterweisung, qualifiziertes Personal und die aktuellen Herstellerangaben. Eine Druckprobe ist mit dem zutreffenden Prüfverfahren, freigegebenen Prüfparametern, geeichten beziehungsweise geeignet überprüften Messmitteln, Zeit-, Temperatur- und Druckwerten sowie einem klaren Ergebnis zu dokumentieren. Pauschale Drücke und Prüfzeiten werden nicht aus diesem Kurs abgeleitet. Nicht dokumentiert bedeutet nicht bestanden.

Die vollständige Übergabeakte umfasst Bohrprotokoll, Schichtenverzeichnis, Ausbauzeichnung, Bohrlochmessung, Verpressprotokoll, Druckprüfprotokoll, Lage- und Rohrverlegeplan sowie Freigaben und eine geräumte, sauber übergebene Baustelle. Reststoffe, Bohrgut und Wärmeträgerfluide müssen gemäß ihren Stoffeigenschaften und einschlägigen Umweltregeln behandelt werden.

Häufiger Fehler	Risiko	Angemessene Reaktion
Bohrtiefe aus alter Planung ungeprüft übernommen	Verstoß gegen Bescheid oder geologisches Risiko	Plan und Genehmigung vor Ausführung abgleichen
Fehlende Information zu Grundwasserstockwerken	Hydraulischer Kurzschluss	Erkundung und Schutzkonzept ergänzen
Ringraum ohne Mengen- und Materialkontrolle	Mögliche Undichtheit und schlechter Wärmeübergang	Fachliche Prüfung und vollständige Dokumentation
Druckprüfung nur mündlich bestätigt	Qualität nicht nachvollziehbar	Prüfprotokoll nach geltendem Verfahren erstellen lassen
Lageplan ohne Bestandsleitungen	Beschädigungs- und Personengefahr	Leitungsauskunft und Ortung nachholen

Praxisfall: zwei Sonden vollständig vorplanen

Auftrag und zulässige Rechenannahmen

Fiktiver Musterauftrag: Ein kleines Gebäude benötigt im Planungsbetriebspunkt 8,0 kW Heizleistung. Für die Übung wird eine Leistungszahl von 4,0, eine standortbezogen als Annahme vorgegebene Entzugsleistung von 40 W/m und eine hypothetisch genehmigte Höchsttiefe von 80 m je Bohrung angesetzt. Der auf einem erfundenen Lageplan geprüfte Sondenabstand beträgt 6 m. In der Realität sind all diese Werte fachlich und behördlich zu prüfen. Eine ausreichend große horizontale Kollektorfläche wird im Beispielfall nicht angenommen. Gesucht werden Sondenzahl, Sondenlänge, theoretisches Verpressvolumen, Materialliste, Arbeitsplan und ein prüfbarer Nachweis.

Schritt 1 – Antriebsleistung: 8,0 kW / 4,0 = 2,0 kW.

Schritt 2 – Leistung aus dem Boden: 8,0 kW − 2,0 kW = 6,0 kW = 6.000 W.

Schritt 3 – aktive Sondenlänge: 6.000 W / (40 W/m) = 150 m.

Schritt 4 – Aufteilung: Eine Bohrung von 150 m überschritte die angenommene Höchsttiefe. Zwei Bohrungen zu je 75 m liegen rechnerisch darunter.

Schritt 5 – Kontrolle: 2 × 75 m × 40 W/m = 6.000 W Quellleistung. Diese Rechnung ist eine didaktische Vorbemessung, kein Ausführungsnachweis. Langfristiger thermischer Entzug, Betriebsstunden, Geologie, Nachbarwirkung, Wärmeleitfähigkeit und rechtliche Auflagen sind offen.

Ringraumvolumen mit Einheiten berechnen

Geometrische Annahmen: Beide Bohrungen besitzen im Modell einen Durchmesser von 152 mm = 0,152 m. Pro Bohrung wird eine Doppel-U-Sonde mit vier Längsrohren mit jeweils 32 mm = 0,032 m Außendurchmesser betrachtet. Der Sonderfall von Rohrabstandshaltern oder Kaliberschwankungen wird im vereinfachten Zylindermodell nicht mitgerechnet. Es wird das verdrängte Außenvolumen der Rohre abgezogen, nicht allein deren Wandstärke.

Schritt 6 – gesamtes Bohrlochvolumen: V = π × d² / 4 × Gesamttiefe = π × (0,152 m)² / 4 × 150 m = ca. 2,72 m³.

Schritt 7 – verdrängtes Rohrvolumen: Vier Stränge je Bohrung, zwei Bohrungen: 8 × 75 m = 600 m. V_Rohr = π × (0,032 m)² / 4 × 600 m = ca. 0,48 m³.

Schritt 8 – vereinfachtes freies Ringraumvolumen: 2,72 m³ − 0,48 m³ = ca. 2,24 m³.

Schritt 9 – fiktive Logistikreserve: 2,24 m³ × 1,10 = ca. 2,46 m³ Frischsuspension. Die 10 % sind nur eine Rechenannahme, kein normativer Zuschlag. Tatsächliche Mengenkontrollen sind verpflichtend.

Schritt 10 – Masse als Einheitenkontrolle: Nur wenn ein angenommenes Frischsuspensionsvolumen von 2,46 m³ und eine angenommene Dichte von 1,70 t/m³ gelten, folgt 2,46 × 1,70 ≈ 4,18 t Frischsuspension. Daraus wird keine Trockenmischung berechnet; deren Rezeptur folgt ausschließlich freigegebenen Produktangaben.

Fiktive Materialposition	Planungswert	Freigabekriterium
Doppel-U-Sonden	2 Stück zu je 75 m	Zulassung, Material und passende Druckstufe
Vertikale Rohrstränge	rechnerisch 600 m Gesamtlänge	Kein vollständiges Bestellmaß einschließlich Anschlüssen
Bohrung	2 × 75 m bei Modell-Durchmesser 152 mm	Geologie, Maschinenverfahren und Bescheid
Verpresssuspension	etwa 2,46 m³ mit fiktiver Reserve	Herstellerrezeptur und Prozessprotokoll
Verteilersystem	Ein fachplanerisch ausgelegtes System	Hydraulik, Werkstoff und Leitungswege
Prüfmittel und Dokumente	Druck- und Mengenerfassung samt Protokollen	Vorgeschriebene Prüfmethode und Messmittel

Arbeitsplan mit verbindlichen Haltepunkten

Phase	Fachlicher Schritt	Prüfkriterium / Ergebnis
Auftrag analysieren	Wärmebedarf, Gebäudedaten, Zugänge und Schichtprognose prüfen	Schriftliche Auftragsklärung
Freigabe einholen	Wasserbehörde, Leitungsbestände und Grundstückssituation klären	Schriftlich belegter freigegebener Planungsstand
Verfahren planen	Bohrverfahren, Bohrpunkte, Material und Risiken festlegen	Lageplan, Ausbauzeichnung, Materialliste
Baustelle sichern	Tragfähige Geräteaufstellung, Absperrungen und Personal zuordnen	Dokumentierte Gefährdungsbeurteilung und Unterweisung
Fachausführung	Unter fachlicher Aufsicht bohren, beproben, Sonde einbauen und verpressen	Bohr-, Schichten- und Verpressprotokolle
Fachprüfung	Zulässige Rohrverbindungen und dokumentierte Druckprüfung	Nachvollziehbare Istwerte und fachliches Prüfergebnis
Übergabe	Arbeitsbereich räumen, Unterlagen versioniert und gesichert übergeben	Vollständige Übergabeakte und offene Punkte

Prüfbares Muster-Arbeitsergebnis: Eine eindeutig fiktive Lagezeichnung zeigt zwei Bohrpunkte mit 6 m Abstand, die vorgesehenen Tiefen von jeweils 75 m, die Rohrverlegung sowie den Verteiler. Der Rechenteil weist 6,0 kW Entzugsleistung, 150 m aktive Gesamtlänge und rund 2,46 m³ geplante Frischsuspension aus. Die Druckprüfvorlage enthält Felder für Prüfvorgaben, Prüfdruck, Temperaturen, Zeitpunkte, Messgerät, Messwerte, Bewertung, Unterschrift und Freigabe. Leere Messfelder sind als nicht durchgeführt zu kennzeichnen; du darfst kein bestandenes reales Prüfergebnis erfinden.

Abweichungsfall: Wenn das Modell unerwartete Wasserführung oder eine abweichende geologische Trennschicht simuliert, entscheide auf Baustopp, dokumentiere die Abweichung und plane das weitere Vorgehen mit dem hydrogeologisch Verantwortlichen sowie gegebenenfalls der zuständigen Behörde neu. Zeit- oder Kostendruck rechtfertigt keine riskante Fortsetzung.

Bewertungsraster des Modellauftrags

Bewertungsbereich	Maximalpunkte	Erwarteter überprüfbarer Nachweis
Analyse und Gewässerschutz	20	Standort, Genehmigung und kritische Geologie fachlich beurteilt
Thermische Berechnung	20	8 kW Heizleistung, 6 kW Quelle und 2 × 75 m transparent und korrekt hergeleitet
Material und Arbeitsschritte	20	Ringraumrechnung, Liste und realistische Haltepunkte mit Sicherheitsschutz
Prüfung und Übergabe	20	Vollständige Musterprotokolle, nachvollziehbare Ist-Soll-Prüfung und Lageplan
Nachhaltigkeit und Reflexion	20	Alternativen, Lebenszyklus, Risiken und verbleibende Unsicherheiten abgewogen

Bewertungshilfe: 90–100 Punkte sehr sicher, 75–89 weitgehend tragfähig, 60–74 mit wichtigen Verbesserungen, unter 60 grundlegend zu überarbeiten. Ein schwerwiegender Sicherheits- oder Genehmigungsmangel bleibt ein Sperrgrund für echte Ausführung, selbst bei hoher Punktzahl. Rückmeldung nennt konkrete verbesserbare Arbeitsergebnisse statt nur einer Zahl.

Nachhaltigkeit, wirtschaftliche Bewertung und Digitalisierung

Lebenszyklus statt vorschneller Umweltbehauptung

Eine Erdwärmeanlage ist nur dann nachhaltig, wenn neben dem Energiegewinn auch Grundwasserschutz, Materialherstellung, Bohrenergie, Baustellenemissionen, langfristige thermische Wirkung, Wärmeträger und Rückbau betrachtet werden. Unterscheide Wirtschaftlichkeit von Genehmigungsfähigkeit: Ein billiges Verfahren darf niemals rechtliche und ökologische Mindestanforderungen verletzen.

Übungsrechnung: Bei 12.000 kWh abgegebener Jahresheizwärme und der rein angenommenen JAZ von 4 benötigt die Wärmepumpe bilanziell 3.000 kWh Strom; 9.000 kWh werden als Umweltwärme bereitgestellt. Bei einem frei angenommenen Strompreis von 0,30 €/kWh ergeben sich 900 € jährliche Stromkosten. Investition, Hilfsenergien, Wartung, Finanzierung, Strompreisentwicklung und Ersatzbauteile fehlen in dieser Teilrechnung. Sie ist kein Marktangebot und keine vollständige Ökobilanz.

Vergleiche Erdwärmesonden, Kollektoren und alternative Wärmequellen mit einer Tabelle aus Investition, Betrieb, Genehmigungsaufwand, Boden-/Wasserschutz, Wirkungsgrad, Nutzungsdauer und Wartungsbedarf. Eine geologisch unzulässige Bohrung darf auch bei scheinbar günstigen Betriebskosten nicht gebaut werden.

Digitale Prozesse, Datenschutz und Zusammenarbeit

Digitale Bohrprotokolle, Material- und Messwerttabellen, CAD-Lagepläne, GIS-Hinweise und versionsgesicherte Dokumentation können Fehler verringern. Trenne Prognose, Messwert, Schätzwert und Genehmigungsauflage sauber. Sichere Arbeitsdateien gegen versehentliche Änderung und unberechtigten Zugriff; verwende niemals reale Kunden- oder Schülerdaten für öffentliche Lernaufgaben. Organisiere einen nachvollziehbaren Übergabeordner mit Quellenständen, Abnahmevermerken und offen ausgewiesenen Abweichungen.

Der Brunnenbauer stimmt sich mit Geologie, Wasserbehörde, Planungsbüro, Auftraggebenden und Wärmepumpen-/Rohrleitungsfachkräften ab. Gib keine mündlich behauptete Dichtheit als Prüfnachweis aus. Maßgeblich sind die aktuelle Fassung der jeweils einschlägigen VDI- und DVGW-Regeln, die BG-BAU-/DGUV-Sicherheitsgrundlagen, die Produktinformationen und der individuelle Behördenbescheid. Normtexte werden hier nicht reproduziert.

Interaktive Aufgaben

Prüfe dich anhand von zehn Multiple-Choice-Fragen. Die Plattform wertet die markierten Antworten im Quiz aus; ein vorangestelltes Lösungsblatt wird nicht veröffentlicht. Wiederhole bei Fehlern den passenden Fachabschnitt und erkläre deine neue Entscheidung.

Multiple-Choice-Quiz

Was kennzeichnet die geschlossene Erdwärmesonde? (Ein Wärmeträger zirkuliert durch ein geschlossenes Rohrsystem) (!Grundwasser wird ständig durch den Heizkreis gefördert) (!Der Ringraum bleibt stets offen) (!Die Sonde erzeugt allein elektrische Energie)

Welche Aussage zur Kühlung durch Erdwärmesonden trifft zu? (Gebäudewärme kann bei geeigneter Auslegung in den Untergrund abgeführt werden) (!Mit Erdwärmesonden ist Kühlung technisch ausgeschlossen) (!Die Kühlung braucht niemals eine Standortbewertung) (!Beim Kühlen muss jeder Grundwasserleiter angebohrt werden)

Welche Prüfung gehört an den Anfang der Bohrpunktplanung? (Geologie, Leitungsbestand und wasserrechtliche Auflagen prüfen) (!Nur die Lackfarbe der Bohranlage prüfen) (!Nur die Aufschrift des Firmenwagens prüfen) (!Nur den Katalogpreis der Wärmepumpe prüfen)

Welche Reaktion passt bei fehlender erforderlicher Bohrfreigabe? (Beginn aussetzen und den Rechtsstatus klären) (!Bohrung möglichst unbemerkt beginnen) (!Bohrtiefe vorsorglich deutlich erhöhen) (!Die Anzeige durch ein Foto ersetzen)

Wovon hängt die Wahl eines Bohrverfahrens wesentlich ab? (Schichtenfolge, Wasserführung und Auflagen) (!Ausschließlich von der Farbe des Bohrgestänges) (!Ausschließlich vom privaten Musikgeschmack des Teams) (!Ausschließlich von der Außenbeleuchtung des Gebäudes)

Welchem Zweck dient eine fachgerechte Ringraumverpressung? (Abdichtung der Bohrung und geeigneter Wärmeübergang) (!Absichtliche Verbindung aller Grundwasserstockwerke) (!Verzicht auf sämtliche Qualitätsprüfungen) (!Ersatz des elektrischen Verdichters)

Was ist bei unerwartet geringer Verpressmenge angemessen? (Abweichung dokumentieren und fachlich untersuchen) (!Den Sollwert ohne Erklärung nach unten ändern) (!Die Materialdaten aus dem Protokoll entfernen) (!Die Anlage ohne Prüfung freigeben)

Was macht einen Druckprüfnachweis prüfbar? (Festgelegtes Verfahren mit dokumentierten Bedingungen und Messwerten) (!Eine einzige mündliche Bestätigung ohne Werte) (!Ein undatiertes Foto des Schachts) (!Der bloße Kauf eines Prüfgeräts)

Welche vereinfachte Energiebeziehung gilt für den Heizbetrieb? (Heizwärme ergibt sich aus Quellwärme und zugeführter Antriebsenergie) (!Heizwärme ist immer genau gleich elektrischer Energie) (!Quellwärme entsteht ausschließlich im Stromzähler) (!Bohrmeter lassen sich ohne Umrechnung zu Kilowatt addieren)

Wie gehst du bei ungewöhnlichem Wasserzutritt während der Bohrung vor? (Arbeit sichern und die Lage fachlich sowie behördlich klären) (!Schneller weiterbohren und nichts notieren) (!Beobachtungen aus dem Protokoll löschen) (!Ohne Abstimmung zusätzliche Grundwasserstockwerke öffnen)

Memory

Verbinde die folgenden sechs einzigartigen Fachbegriffe mit ihren Bedeutungen.

Doppel-U-Sonde	Zwei U-förmige Rohrkreise in einer Bohrung
Ringraum	Bereich zwischen Bohrlochwand und Sondenrohren
Schichtenverzeichnis	Teufenbezogen erfasste Abfolge des angetroffenen Untergrunds
Verteilerschacht	Sammel- und Verbindungsort für mehrere Sondenkreise
Jahresarbeitszahl	Verhältnis von Jahresheizwärme und eingesetzter elektrischer Energie
Druckprobe	Nachweis einer Dichtheitsprüfung unter vorgegebenen Bedingungen

Drag-and-drop

Ordne die fünf Fachbegriffe ihren geeigneten Prüfkriterien zu.

Ordne den Begriff zu	Passender Kontrollgegenstand
Standortprüfung	Grundwasserschutz und geologische Randbedingungen
Bohrverfahren	Eignung zu Schichtenaufbau und Wasserführung
Sondeneinbau	Unversehrtheit und fachgerechte Position der Rohrkreise
Ringraumabdichtung	Geeignete und vollständig dokumentierte Hinterfüllung
Übergabedokumentation	Pläne, Messprotokolle und fachliche Abnahmeunterlagen

Kreuzworträtsel

Finde zu jeder Erklärung den gesuchten einzelnen Fachbegriff.

Erdwärme	Thermische Energie des Untergrunds
Aquifer	Wasserführende geologische Einheit
Sonde	Geschlossener Wärmeübertrager im Bohrloch
Verpressung	Fachgerechte Hinterfüllung des Ringraums
Bohrprofil	Grafische Darstellung der durchbohrten Schichten
Wärmepumpe	Maschine zur Anhebung des Temperaturniveaus

LearningApps

Nutze die externe Suche nach Lernspielen zu Erdwärme, Bohrung und Wärmequellen. Nicht jedes Suchergebnis ist fachlich richtig oder frei lizenziert; überprüfe die tatsächlich aufgerufene Übung.

Lückentext

Vervollständige die zehn Sätze mit je einem Begriff.

Die geschlossene Wärmequelle im Bohrloch ist die

.

Eine Abfolge tatsächlich erbohrter Gesteinsschichten steht im

.

Vier längs verlaufende Rohrstränge bilden eine

.

Den freien Zwischenraum um die Rohre bezeichnet man als

.

Der Ringraum wird durch fachgerechte

abgedichtet.

Die spezifische Wärmeentzugsleistung kann in

pro Meter angegeben werden.

Der Dichtheitsnachweis wird mittels dokumentierter

erstellt.

Für wasserrechtliche Entscheidungen ist die zuständige

relevant.

Bohrpunkte und Leitungswege werden im

nachgewiesen.

Die jährliche Effizienz einer Wärmepumpe beschreibt die

.

Offene Aufgaben

Die zwölf Arbeiten sind in drei Niveaus geordnet. Erstelle ausschließlich fiktive Dokumente oder ungefährliche Simulationen und halte bei praktischen Risiken die vorgeschriebene fachliche Aufsicht ein.

Leicht

Erdwärme: Zeichne eine vereinfachte Wärmeübertragung vom Erdreich über die Wärmepumpe zum Gebäude und erkläre die drei Energieflüsse.
Erdwärmesonde: Vergleiche Doppel-U-Sonde, Koaxialsonde und Flächenkollektor in einer beschrifteten Tabelle mit jeweils mindestens zwei Merkmalen.
Hydrogeologie: Markiere in einem erfundenen Bohrprofil zwei mögliche Grundwasserleiter und eine trennende Schicht; erkläre die Gefahr eines hydraulischen Kurzschlusses.
Arbeitsschutz: Kennzeichne an einem öffentlichen Bohrgerätefoto modellhaft den Gefahrenbereich und schreibe fünf sichere Verhaltensregeln.

Standard

Grundwasserschutz: Verfasse eine fiktive Standortcheckliste mit Behördenfreigaben, Leitungsbestand, Grenzabständen, Geologie und Nachbaranlagen.
Bohrtechnik: Wähle für zwei vorgegebene fiktive Untergründe ein plausibles Bohrverfahren und begründe, welche Informationen für die echte Freigabe noch fehlen.
Technische Berechnung: Rechne die fiktive erforderliche Sondenlänge erneut mit einer Entzugsleistung von 50 W/m aus und prüfe die hypothetische 80-m-Tiefengrenze.
Qualitätssicherung: Erstelle eine digitale Musterdatei mit Bohr-, Verpress- und Druckprüfprotokoll; trenne Sollfelder, echte Messfelder und fiktive Beispiele.

Schwer

Geologie: Entwickle einen Maßnahmenplan für den simulierten Fund eines unerwarteten Grundwasserleiters und dokumentiere Stoppentscheidung, Zuständigkeiten und Behördenklärung.
Nachhaltigkeit: Bewerte zwei alternative Wärmequellen anhand von mindestens sechs gewichteten Kriterien und reflektiere Annahmen, Lebenszyklus und Unsicherheit.
Projektmanagement: Erstelle einen detaillierten digitalen Arbeits- und Materialplan mit Rollen, Sicherheits-Haltepunkten und dokumentierten Änderungsfreigaben.
Berufliche Kommunikation: Produziere eine anonymisierte Präsentation oder ein kurzes Erklärvideo für eine fiktive Auftraggeberschaft über Geothermie, Prüfnachweise und Grundwasserschutz.

Lernkontrolle

Auftragsanalyse: Stelle für eine fiktive Baustelle mit ungeklärtem Grundwasserleiter fest, welche Informationen und Freigaben fehlen, und begründe deine Entscheidung für oder gegen den Start.
Wärmebilanz: Eine Wärmepumpe liefert im Modell 10 kW Heizleistung bei Leistungszahl 5; ermittle elektrische Leistung und Wärmequellenleistung und erläutere den Unterschied zur Jahresarbeitszahl.
Sondenbemessung: Der modellhafte Grenzwert beträgt 70 m je Bohrung und die Entzugsleistung 35 W/m; ermittle die rechnerische Leistung von zwei Bohrungen und nenne zusätzliche Planungsnachweise.
Verpressprotokoll: Bewerte die Dokumentations- und Umweltrisiken, wenn die gemessene Verpressmenge stark von der überschlägigen Menge abweicht; entwickle einen sicheren Ablauf.
Druckprüfung: Ein vorliegendes Muster enthält keine Druckmesswerte, ist aber als bestanden markiert; entscheide, wie die Freigabe fachgerecht behandelt werden muss.
Wirtschaftlichkeit: Vergleiche zwei Wärmequellen mit unterschiedlichen Investitions- und Stromkosten anhand einer vollständigen Kriterienliste, ohne aus unvollständigen Daten eine Umweltbilanz abzuleiten.
Dokumentation: Prüfe, ob Bohrprofil, Lageplan, Sondenlängen und Verpressprotokoll einer fiktiven Baustelle widerspruchsfrei sind, und erläutere eine korrekte digitale Revision.

Rückmeldung: Begründe Antworten mit Fachbegriffen, Rechenweg, Einheiten, Quellen und benannten Unsicherheiten. Berücksichtige bei Sicherheits- oder Genehmigungsproblemen einen begründeten Ausführungsstopp. Vergleiche anschließend deine Argumentation mit den Kapiteln und dem Praxisraster; schreibe für jede Aufgabe eine Verbesserungsidee. Kein offenes Quizlösungsblatt wird vorweggenommen.

Lernnachweis

Einzureichende fiktive Projektmappe: Auftragsanalyse; Standort- und Rechtscheckliste; gezeichnetes Bohr- und Schichtenprofil; maßstäblicher Lage- und Rohrverlegeplan; begründete System- und Verfahrensauswahl; Rechenweg für 8 kW Heizleistung, 6 kW Erdquelle und 2 × 75 m; Überschlag zu 2,46 m³ Frischsuspension; Stück- und Materialliste; Ablauf- und Gefährdungsplan; leere oder als Simulation gekennzeichnete Mess- und Druckprüfprotokolle; Kosten- und Nachhaltigkeitsvergleich; datenschutzgerechter Übergabevermerk; Fehlerreflexion nach dem 100-Punkte-Raster.

Nachweisbarer Kompetenzzuwachs: Du kannst einen Auftrag sachlich gliedern, fachliche Risiken benennen, Planungs- und Genehmigungsdaten unterscheiden, Berechnungen mit Einheiten prüfen, eine fachgerechte Stoppentscheidung treffen und Abnahmeunterlagen nachvollziehbar strukturieren. Die Leistung ist eine schulische Übung und kein Ersatz für amtliche Prüfungen.

Unterrichtsorientierung für 40 Stunden: Systeme und Wärmebilanz 6 Stunden; Standort, Rechtslagen und Grundwasser 8 Stunden; Bohr- und Ausbauplanung 10 Stunden; Praxisfall und Simulation 10 Stunden; Ergebnisbewertung und Übergabe 6 Stunden. Lehrkräfte und Ausbildungsbetriebe passen diesen Vorschlag dem Landeslehrplan an.

OER und Wikipedia

Fachliche Primärquellen und aktuelle Fundstellen:

KMK-Rahmenlehrplan Tiefbauberufe: LF 15, PDF-Seite 56, Kompetenzziele und 40 Unterrichtsstunden.
BIBB Brunnenbauer/Brunnenbauerin: Berufsprofil und Ausbildungsordnung vom 03.06.2024 mit Änderung vom 17.12.2024.
LGRB ISONG: Geologie, thermische Standorthinweise, Bohrrisiken und Verweise auf LQS EWS.
VDI 4640 Blatt 2: öffentlich prüfbare Beschreibung der Auslegung erdgekoppelter Wärmepumpen; Ausgabe 2019-06, Aktualität einschließlich Berichtigung prüfen.
DVGW CERT – W 120-2: Zertifizierungsnachweise für Bohrtechnik im Bereich oberflächennahe Geothermie und jeweilige Gültigkeitsprüfung.
BG BAU B 184: Bohrgeräte, Gefahrenbereiche, verantwortliche Aufsicht und Schutzmaßnahmen; veröffentlichter Stand 07/2021.
Stadt Freiburg – wasserrechtliche Erdwärmesondenanforderungen: ausdrücklich regionales Beispiel, nicht bundesweit übertragbar.
Bundesverband Geothermie – Medien: thematisch geordnete deutschsprachige Fachvideos.
Erdwärme Gemeinschaft Bayern: Aufgaben beim Bohren und Verbinden der Anlagen.

Tatsächlich geprüfte Commons-Bilddateien und Lizenzen: Die folgenden Urheber- und Lizenzangaben beruhen auf den angegebenen Dateiseiten. Die Kursdarstellung ändert die Dateien nicht.

Datei	Original-Dateiseite	Urheber	Lizenz
File:Heatpump hg.svg	Wikimedia Commons	Hannes Grobe	CC BY-SA 4.0
File:Heatpump.svg	Wikimedia Commons	Ilmari Karonen	Gemeinfrei durch Urheber
File:Erdwaermesondenbohrung01.JPG	Wikimedia Commons	Tetris L	Gemeinfrei durch Urheber
File:Section transversale d’une sonde géothermique en double U.png	Wikimedia Commons	Hortensec	CC BY-SA 4.0

Videoquellen und Rechte: Breaking Lab: Heizen ohne Gas? Faktencheck Wärmepumpe, 2022 sowie Erdwärme Gemeinschaft Bayern: Werde Erdwärme-Macher!, 2021. Diese Videos werden lediglich über ihren Originaldienst eingebettet. Sie sind damit nicht als offene Lernmaterialien unter CC-Lizenz ausgewiesen; die Rechte verbleiben bei den jeweiligen Urhebern.

Wikipedia und vertiefende Recherche: Der überprüfte deutschsprachige Artikel Erdwärmesonde dient der Orientierung. Verbindliche Ausführungsentscheidungen erfordern konkrete behördliche und fachliche Nachweise.