Nach Auftragserteilung soll das Bohrunternehmen alle notwendigen Unterlagen vom Auftraggeber (Planer, Installateure, Bauherren, etc.) zur Planung der durchzuführenden Bohr- und Brunnenbauarbeiten anfordern. Das beauftragte Bohr- und Brunnenbauunternehmen muss als Fachfirma nach DVGW W 120 zugelassen sein. Die Planung erfolgt in Zusammenarbeit mit dem Auftraggeber/Projektanten. Es sind mindestens folgende Punkte abzustimmen:
Genehmigungen und Auflagen der zuständigen Behörden /Bergämter, Umweltämter) sind seitens des Auftraggebers/Projektanten dem ausführenden Bohrunternehmen zu übergeben. Bei der Planung der Bohrungen und Brunnen sollten evtl. vorhandene Ergebnisse aus lokalen Voruntersuchungen (Recherchen, Bohrungen aus der Vorerkundung, Baugrund-/Altlastenuntersuchungen) eingearbeitet werden. Das Bohrunternehmen erstellt bei der Vorortbesichtigung einen Baubesprechungsplan zur Durchführung der Bohrung. Dieses Baubesprechungsprotokoll beinhaltet folgende Punkte.
Bei Anlagen bis zu einer Wärmepumpen-Heizleitung von 30 kW, die nur im Heizbetrieb (gegebenenfalls einschließlich Warmwasser) eingesetzt werden, kann die Auslegung anhand von spezifischen Entzugsleistungen (in W/m) mit Tabelle 2 erfolgen.
Diese Entzugsleistungen (d.h. Wärmepumpen-Verdampfleistungen) sind bei Erdwärmesonden für vorgenannte einfache Fälle zulässig.
Bei längeren Laufzeiten ist neben der vorgenannten spezifischen Entzugsleistung auch die spezifische jährliche Entzugsarbeit zu berücksichtigen, die den langfristigen Einfluss bestimmt. Sie kann in kWh/(m·a) für Erdwärmesonden angegeben werden und sollte zwischen 100 und 150 kWh/(m·a) liegen.
Tabelle 2. Mögliche spezifische Entzugsleistungen für Erdwärmesonden
| Untergrund | spezifische Entzugsleistung | |
| für 1800 h | für 2400 h | |
| Allgemeine Richtwerte: | ||
| Schlechter Untergrund (trockenes Sediment) (λ < 1,5 W/(m·K)) | 25 W/m | 20 W/m |
| Normaler Festgesteins-Untergrund und wassergesättigtes Sediment (λ = 1,5-3,0 W/(m·K)) | 60 W/m | 50 W/m |
| Festgestein mit hoher Wärmeleitfähigkeit (λ > 3,0 W/(m·L)) | 84 W/m | 70 W/m |
| Einzelne Gesteine: | ||
| Kies, Sand, trocken | < 25 W/m | < 20 W/m |
| Kies, Sand, wasserführend | 65-80 W/m | 55-65 W/m |
| Bei starkem Grundwasserfluss in Kies und Sand, für Einzelanlagen | 80-100 W/m | 80-100 W/m |
| Ton, Lehm, feucht | 35-50 W/m | 30-40 W/m |
| Kalkstein (massiv) | 55-70 W/m | 45-60 W/m |
| Sandstein | 65-80 W/m | 55-65 W/m |
| saure Magmatite (z.B. Granite) | 65-85 W/m | 55-70 W/m |
| basische Magmatite (z.B. Basalt) | 40-65 W/m | 35-55 W/m |
| Gneis | 70-85 W/m | 60-70 W/m |
| Die Werte können durch die Gesteinsausbildung wie Klüftung, Schieferung, Verwitterung erheblich schwanken | ||
Vertikale Erdwärmesonden werden in Erdbohrungen eingebaut. Der sachgemäße Einbau der Erdwärmesonde und die sorgfältige Verfüllung des Bohrlochringraums sind die Grundvoraussetzungen für einen einwandfreien Betrieb.
Die Erdwärmesonde wird vorgefertigt angeliefert. Der Einbau der vorgefertigten Sonden geschieht in der Regel durch das Bohrunternehmen. Generell hat die Handhabung der Sonden auf der Baustelle mit größter Sorgfalt zu erfolgen, um mechanische Beschädigungen zu vermeiden. Der Einbau der Sonde gliedert sich in folgende Arbeitsschritte, die in einem Prüf- und Abnahmeprotokoll festgehalten werden:
nach dem Einbringen der Erdwärmesonde muss der Anschluss der Wärmeübertragerrohre an dem Untergrund durch eine einwandfreie Hinterfüllung hergestellt werden. Dazu muss der Bohrlochringraum vom Sondenfuß bis zur Oberfläche vollständig und lückenlos verfüllt werden; diese Hinterfüllung muss aus mehreren Gründen sachgemäß und sorgfälltig durchgeführt werden:
Eine schlüssige Verpressung des Ringraumes ist nur gewährleistet, wenn die Bohrung von unten nach oben mit einer geeigneten Suspension verpresst wird. Diese muss nach Aushärtung eine dichte und dauerhafte, physikalisch und chemische stabile Einbindung der Erdwärmesonde in das umgebende Gestein gewährleisten. Lufteinschlüsse und Hohlräume sind unter allen Umständen zu vermeiden. Davon darf nur in den unten aufgeführten Sonderfällen abgewichen werden. Die Verfüllung kann z.B. folgendermaßen erfolgen:
Beim Einsetzen der Erdwärmesonde ist bereits ein Rohr bis Endteufe einzubauen, durch das die Verfüllsuspension eingepresst werden kann. Dieses Rohr wird entsprechend dem Fortschritt beim Verfüllen gezogen. Bei tiefen Bohrlöchern (> 60 m Tiefe) können Probleme mit dem Ziehen des Verfüllrohres auftreten, d.h. das Rohr muss im Bohrloch verbleiben. In diesen Fällen sollten zwei Rohre eingesetzt werden, eines bis Endteufe, das im Bohrloch verbleibt, und das zweite bis etwa halbe Endteufe, das gezogen werden kann. Von Endteufe bis zum Ende des zweiten Rohres erfolgt die Verfüllung über das untere Rohr, dann über das obere Rohr.
Beim ziehen des Verfüllrohres muss der Auslass stets unterhalb des aktuellen Füllstandes sein, um Lufteinschlüsse zu unterbinden. Ein im Bohrloch verbleibendes muss seinerseits mit Suspension gefüllt bleiben.
Die Verfüllsuspension muss für die jeweilige Einsatztemperatur geeignet sein. Insbesondere bei reinem Wärmeentzug ist auf Frostsicherheit zu achten. In der Praxis haben sich Bentonit (ein natürliches Tonmineral)/HOZ (Hochofenzement)/Wasser- oder Bentonit/HOZ/Sand/Wasser-Suspension bewährt. Reine Bentonit/Wasser-Suspensionen sind nicht geeignet, sie weisen einerseits eine schlechte Wärmeleitfähigkeit (< 0,7/(m·K) bei 10°C) auf und sind andererseits nicht frostbeständig. Die Zugabe von Zement ermöglicht den Einsatz bei Temperaturen im Bereich bis etwa -15°C, durch Zugabe von Quarzsand oder Quarzmehl erhöht sich die Wärmeleitfähigkeit (über 0,8/(mK) bei10°C).
Bei Bentonit/HOZ/Sand/Wasser-Suspension sollte der prozentuale Anteil an Bentonit und Zement jeweils etwa 10 Gew.-% betragen, der Sand von etwa 30 Gew.-%. Zu hohe Zementzugaben sind ebenso wie das Verpressen mit reiner Zementmilch oder feinem Mörtel zu vermeiden, damit die Bohrlochverfüllung leicht plastisch bleibt und die thermische Dilatation der Erdwärmesonde nicht behindert wird.
Die Zugabe von Quarzsand kann einen höheren Verschleiß der Verpresspumpen bewirken. Die Zugabe von Quarzmehl statt Quarzsand ist ebenso möglich wie das Verpressen mit reinem Bentonit/HOZ/Wasser-Suspension, die dann im Verhältnis von z.B. 25/25/50 Gew.-% zusammengestellt werden. Statt Betonit können hier auch andere quellende Tone oder gemahlene Tonsteine in Betracht kommen.