Erdwärme - die "erneuerbare Energie" der Zukunft

Die oberflächennahe Geothermie erschließt den Untergrund bis max. 200 m Tiefe zur Erdwärmenutzung für Wohn-, Büro- und Verwaltungsgebäude sowie für andere größere Gebäudekomplexe wie z.B. öffentliche Einrichtungen, Krankenhäuser, Altenheime und auch industrielle und gewerbliche Anlagen.

Systeme der oberflächennahen Geothermie

Zur Energiegewinnung durch Erdwärme kommen verschiedene Systeme, je nach geologischer und hydrogeologischer Lage des Standortes und der wasserrechtlichen Genehmigungsfähigkeit in Frage:

Erdwämekollektoren sind horizontal in Gräben auf der Grundstücksfläche in frostsicherer Tiefe (ca. 1-2 m) verlegte Sole-Leitungen. Dieses System benötigt eine grosse Grundstücksfläche, die meist nicht zur Verfügung steht. Außerdem ist diese Variante energetisch am ungünstigsten, da in dieser Tiefe noch atmosphärische Einflüsse wirksam sind. Die Wärmepumpe arbeitet bei diesem System mit einem schlechten Wirkungsgrad, d.h. einer niedrigen Arbeitszahl.

Energiekörbe sind ebenfalls flache Erdwärmesysteme, die mit Spiralsonden in Tiefen von ca. 2-6 m die oberflächennahen Bodenzonen erschließen. Die Spiralsonden haben in der Regel Durchmesser von 0,5 m und werden mit Schneckenbohrgeräten im Abstand von 2-4 m in frostsicherer Tiefe in den Boden eingebracht. Die benötigte Grundstücksfläche ist kleiner als die für Flächenkollektoren, die energetische Ausbeute ist allerdings abhängig von atmosphärischen Einflüssen, wie z.B. Sonneneinstrahlung, Niederschlagsaktivität etc. Die Wärmepumpe arbeitet deshalb auch hier mit einem schlechten Wirkungsgrad.

 Vertikale Erdwärmesonden (meist Doppel-U-Sonden, oder Koaxialsonden) sind derzeit die am meisten verwendeten Systeme. Die Vorteile liegen auf der Hand:
Nur ein geringer Platzbedarf ist für die Sonden erforderlich. Die Sonden können je nach geologischen und wasserrechtlichen Standortgegebenheiten auch bis in größere Tiefen (bis 150 - 200 m) niedergebracht werden. Bei vertikalen Erdsonden liegen ideale Vorraussetzungen als Wärmequelle vor, da in diesen Tiefen keine atmosphärische Beeinflussung mehr wirksam ist. Der gesamte Wärmefluss kommt aus dem Untergrund unserer Erde. Der Betrieb der Wärmepumpe arbeitet bei dieser tief liegenden Energiequelle optimal und erreicht Arbeitszahlen von mind. 4 bis 4,5. Je nach Untergrundverhältnissen sind spezifische Entzugsleistungen von 55-85 W/m Sondenlänge zu erzielen.

Vertikale Erdwärmesonden werden normalerweise mit einem Kältemittel aus Glykol-Wassergemisch oder aus Mineralsalzen-Wassergemisch in der Sondenleitung betrieben. Als Sonderlösung kann die CO₂-Sonde installiert werden, die als Kältemittel Kohlendioxid verwendet. Mit dieser Sonde können unter Umständen höhere Arbeitszahlen von ca. 4,5 bis 5 erreicht werden da die Zirkulation des Kältemittels CO₂ im Sondenkreislauf ohne weitere Energiezufuhr erfolgt. 

Grundwassersysteme.
Sofern am Standort nutzbares Grundwasser vorhanden ist, kann das Grundwasser auch als Wärmequelle genutzt werden. Dazu ist eine sogenannte Grundwasser-Doublette erforderlich, die aus einem Entnahmebrunnen und einem Infiltrationsbrunnen besteht. Der Wärmeentzug erfolgt über das Grundwasser selbst, das über das ganze Jahr eine gleichbleibende Temperatur von ca. 8 - 12 °C hat. Probleme können sich bei diesem System aus den Wasserinhaltsstoffen (z.B. Eisen, Karbonate) ergeben, die im Vorfeld genau zu untersuchen sind. Weiterhin sind hydrogeologische Untersuchungen (Pumpversuche etc.) erforderlich und eine wasserrechtliche Erlaubnis muß zwingend vorliegen.

Tiefe Geothermie-Systeme