Die Wärmeleitfähigkeit λ des Gesteins ist der Schlüsselparameter zur Ableitung der spezifischen Entzugsleistung und damit zur Dimensionierung von Erdwärmesonden. In der VDI-Richtlinie 4640 Blatt 1 wurde für einige ausgewählte Gesteine Wärmeleitfähigkeitswerte im trockenen und im wassergesättigten Zustand aufgeführt; nach Vorgaben des Blattes 2 sind Erdwärmesondenanlagen basierend auf den zu erwartenden Wärmeleitfähigkeiten zu dimensionieren. In der nachfolgenden Liste und den Diagrammen wurde auf Grundlage der umfangreichen Messwerte des Landesamtes für Geologie und Bergbau Rheinland-Pfalz (LGB) verschiedenen Gesteine in Rheinland-Pfalz Wärmeleitfähigkeitswerte zugewiesen. Diese Zusammenstellung wird dem Planer für die Dimensionierung von Erdwärmesondenanlagen ergänzend an die Hand gegeben.

Durch die Wärmeleitfähigkeit wird der Wärmetransport aus dem Umgebungsgestein zu den Erdwärmesonden quantifiziert. Die Wärmeleitfähigkeit ist eine Materialeigenschaft der Gesteine und von Zusammensetzung, Geometrie der Gesteinsmatrixbeziehungsweise. des Porenraums und der Porenfüllung abhängig. Zusätzlich wird die Wärmeleitfähigkeit von Umgebungsdruck und -temperatur beeinflusst, was jedoch bei der oberflächennahen Geothermie wegen der geringen Veränderung des Druckes und der Temperatur mit der Tiefe vernachlässigt werden kann.

Für die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit sind mehrere Verfahren üblich, die von der direkten Messung des Gesteins (z.B. Bohrkern) bis zur Abschätzung der Wärmeleitfähigkeit aus dem Mineralbestand reichen. Um die Heterogenitäten in einer geologischen Abfolge und die Beeinflussung durch konvektivem Wärmetransport besser fassen und damit mittlere Wärmeleitfähigkeiten für einen Tiefenbereich angeben zu können, existieren auch Verfahren, die Wärmeleitfähigkeit in-situ im Bohrloch zu messen (Thermal-Response-Test) oder sie indirekt aus geophysikalischen Bohrlochmessungen abzuleiten.

Durch das LGB wurden Messungen der Wärmeleitfähigkeit im Labor durchgeführt, so dass zwischenzeitlich für viele Standorte beziehungsweise Gesteine eigene Messwerte vorliegen. Hierbei wurden die Festgesteine hauptsächlich mit dem Thermoscanner der Lippmann & Rauen GbR gemessen. Die Wärmeleitfähigkeiten der Lockergesteine und Böden wurden fast ausschließlich mit dem Messgerät KD2 Pro des Unternehmens Decagon Devices. Inc. ermittelt. Insgesamt liegen beim LGB für 560 Festgesteinsproben aus Rheinland-Pfalz Wärmeleitfähigkeitswerte vor.

In der nachfolgenden Werteliste sind Wärmeleitfähigkeitswerte für die Festgesteine aufgeführt. Hierbei wurde für die unterschiedlichen Gesteine der einzelnen stratigraphischen Einheiten die Mittelwerte für die Sättigungsgrade „trocken“ und „wassergesättigt“ aus den mittleren Messwerten an den entsprechenden Probenstücken gebildet. Darüber hinaus werden für die verschiedenen Gesteine die bei den Messdurchgängen aufgezeichneten Minimal- und Maximalwerte dargestellt. Ergänzend zu der Werteliste werden die Messwerte für die einzelnen Gesteine stratigraphischer Einheiten in Box-Plot-Darstellungen abgebildet.

Die Aussagekraft der dargestellten Werte für das jeweilige Gestein steigt mit Anzahl der gemessenen Probenstücke und Anzahl der durchgeführten Einzelmessungen. Bedingt durch Gesteinsinhomogenitäten, Ausbildung eines Trennflächengefüges sowie der Verwitterung können an einzelnen Standorten die tatsächlichen Werte teilweise deutlich von den dargestellten Werten abweichen.

Die Stratigrafie der obersten Gesteinsschicht mit einer nicht zu vernachlässigenden Mächtigkeit kann aus der geologischen Übersichtskarte abgelesen werden. Für die Planung ist zu beachten, dass unterhalb der dort kartierten Einheit weitere Gesteine anstehen, welche abhängig von der Teufe der Erdwärmesonden eventuell erreicht werden können.

Wir weisen darauf hin, dass die Wärmeleitfähigkeit maßgeblich vom Wassergehalt der jeweils anstehenden Gesteine abhängt. Drüber hinaus hat neben dem rein konduktiven Wärmetransport der konvektive Wärmetransport durch den Fluidfluss (im Wesentlichen Grundwasser und Sickerwasser) eine wesentliche Bedeutung für die entziehbare Wärme-menge und für die Dimensionierung der Anlagen. Somit kommt der Tiefenlage der Grundwasseroberfläche und der Mächtigkeit der ungesättigten Bodenzone eine große Bedeutung zu. Das Hohlraumvolumen und somit der Wasseraufnahmefähigkeit kann auf Grund der Genese, der tektonischen Beanspruchung und der Verwitterung erheblich variieren.

Ein Großteil der Messwerte ist in die Karte der gemittelten Wärmeleitfähigkeiten für verschiedene Tiefenbereiche eingeflossen, welche auf unserer Homepage bei den Online-Karten Geothermie unter „Wärmeleitfähigkeiten für Erdwärmesonden“ bereitgestellt wird.