Centrales Agrar-Rohstoff Marketing- und Energie-Netzwerk e.V.


Die oberflächennahe Geothermie stellt eine Erdwärmenutzung dar, die ohne tiefe Bohrungen auskommt und daher auch im Privatbereich anwendbar ist. Sie beinhaltet wenig aufwendige Technik, die ideal in der Umgebung von kleineren Gebäuden wie Wohnhäusern, Büro-, Verwaltungs- oder öffentlichen Gebäuden aber auch ganzen Wohnanlagen installiert werden kann. Bei einer Untergrundnutzung bis zu Tiefen von etwa 400 m (in der Praxis generell nur bis 100 m) und einer Temperatur bis zu 25 °C ermöglicht die oberflächennahe Geothermie die Wärmeerzeugung, Gebäudekühlung und zu einem gewissen Grad die Wärmespeicherung.

Ein System für die Wärmeversorgung mittels oberflächennaher Geothermie besteht aus einer Wärmesenke (Heizung), einer Wärmepumpe sowie einer Wärmequellenanlage, also einer Anlage zur Förderung der Erdwärme. Die am häufigsten genutzten Formen sind Erdwärmekollektoren, Erdwärmesonden und Grundwasserwärmepumpen. Für Großbauwerke werden zunehmend auch erdberührte Betonbauteile genutzt.

Erdwärmekollektoren bestehen aus Kunststoffrohrsystemen, die horizontal in einer Tiefe von bis zu 1,5 m (0,2 m unter der Frostgrenze) verlegt werden (BDH & BWP 2011). In den Rohren zirkuliert ein Gemisch aus Wasser und Glykol (Sole) als Trägermittel, das die Wärme aus dem Erdreich aufnimmt und wie oben beschrieben an das Heizsystem abgibt. Bei der Verlegung der Kollektoren wird etwa das 1,5 bis 2-fache der zu beheizenden Fläche benötigt, die zudem nicht bebaut werden und nur flach wurzelnde Pflanzen tragen darf. Diesen Nachteil gegenüber anderen Systemen gleicht eine solche Anlage aber mit vergleichsweise geringen Investitionskosten aus. Dennoch werden zunehmend Alternativen wie Grabenkollektoren und Erdwärmekörbe genutzt, die einen geringeren Flächenverbrauch haben.

 

BDH & BWP (2011): Auslegung von oberflächennahen Erdwärmekollektoren, in: Interessensgemeinschaft Energie Umwelt Feuerungen GmbH (Hrsg.), Infoblatt 43.

 

Für Erdwärmesonden werden über eine vertikale Bohrung von etwa 40 bis 100 m Tiefe vorgefertigte Kunststoffrohre in das Erdreich verlegt, in denen ebenfalls Sole als Trägermittel zirkuliert. Ein Vorteil ist dabei, dass deutlich weniger Fläche benötigt wird, die außerdem bebaut werden darf. Da die Bohrungen jedoch mehrere Bodenschichten, unter anderem auch die Grundwasserschicht, durchdringen, sind vor der Planung einer Erdwärmesonde Kenntnisse über Bodenbeschaffenheit, Schichtenfolge des Bodens sowie die Grundwasserverhältnisse zusammenzutragen. Aufgrund der Erschließung der Grundwasserschicht sind eventuell auch wasserrechtliche Genehmigungen nötig. Bei einer Tiefe von mehr als 100 m ist die Anlage gemäß Bundesberggesetz anzeigepflichtig.

Bei der Nutzung von Grundwasserwärmepumpen wird über einen Förderbrunnen Grundwasser an die Oberfläche gepumpt, dessen Wärmeenergie über die Wärmepumpe an das Heizsystem abgegeben wird. Über einen sogenannten Schluckbrunnen wird dieses Wasser dann zurück in die Grundwasserschicht geleitet. Um einen „thermischen Kurzschluss“ zu vermeiden ist ein Mindestabstand von bis zu 15 m zwischen den beiden Brunnen einzuhalten (Schlabbach et al. 2012). Aufgrund der jährlich recht regelmäßigen Grundwassertemperatur von 8 bis 10 °C ermöglichen Grundwasserwärmepumpen hohe Jahresarbeitszahlen. Die Anschaffungskosten für eine Anlage sind jedoch recht hoch. Mit einer Bohrtiefe von 20 bis 50 m sind auch hier Kenntnisse über hydrogeologische Gegebenheiten und eine wasserrechtliche Genehmigung nötig.

 

Schlabbach, Jürgen, Sabine Drescher und Christian Kley (2012): Erdwärme in Ein- und Mehrfamilienhäusern. Grundlagen, Technik, Wirtschaftlichkeit, 1. Auflage, Berlin: VDE-Verlag. 

Bei großen Bauwerken werden zunehmend erdberührte Betonteile zur Erdwärmenutzung verwendet. Dabei werden Kunststoffrohre, in denen Sole als Trägermittel zirkuliert, in die oft tief in den Untergrund reichenden Betonelemente („Energiepfähle“) oder auch in Betonbodenplatten integriert. So werden Strukturen für die Energieproduktion genutzt, die ohnehin für den Bau benötigt werden. Die Sonneneinstrahlung, die im Sommer auf exponierte Betonteile trifft, produziert zusätzliche Wärmeenergie, die im Untergrund gespeichert und im Winter zur Wärmeerzeugung wiedergenutzt werden kann (siehe auch Speicherung).


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