Wie kann man Erdwärme nutzen?

Bei der Nutzung von Erdwärme unterscheidet man zwischen oberflächennaher und tiefer Geothermie. Von oberflächennaher Geothermie spricht man, solange die Energie aus Tiefen bis 400 m stammt. Durch verschiedene Systeme kann die oberflächennahe Geothermie gewonnen mit einer Wärmepumpe nutzbar gemacht werden. Dabei wird grundsätzlich zwischen geschlossenen (Erdwärme-Kollektoren, Erdwärme-Sonden) und offenen Systemen (Brunnensysteme) unterschieden. Jedes Bundesland gibt eigene Regeln für die Nutzung von Erdwärme vor, die Sie in den jeweiligen Erdwärme-Leitfäden nachlesen können.

Erdwärmekollektoren arbeiten mit einem waagerechten, sehr oberflächennahem Rohrsystem, das unter der Erde ähnlich einer Fußbodenheizung in Schlangen verlegt ist. Dieses befindet sich unterhalb der Frostgrenze in einer Tiefe von rund 1,5 Metern unter einer Rasen- oder Erdbodenfläche. Die Fläche, die der Kollektor benötigt, hängt hauptsächlich von der Größe der zu beheizenden Fläche und der Regenwasserdurchlässigkeit des Bodens ab. In der Regel liegt sie beim Eineinhalbfachen der Heizfläche. Die Fläche über dem Kollektor darf nicht versiegelt, asphaltiert oder gar bebaut werden, damit der Boden sein Energiereservoir durch die Sonneneinstrahlung oder Regenwasser wieder auffüllen kann. Auch tiefwurzelnde Pflanzen, wie z.B. Bäume, sollten dort nicht gepflanzt werden, da sie das Rohrsystem beschädigen können. Anders als Erdwärmesonden sind Kollektoren nicht genehmigungs-, sondern lediglich anzeigepflichtig. Durch den geringeren Aufwand bei der Erschließung spart man bei Erdwärmekollektoren gegenüber einer Sonde in der Regel Kosten. Sie stellen damit eine gute Alternative dar, wenn Sonden nicht oder nur unter hohen Auflagen möglich sind.

Bei Erdwärmesonden zirkuliert eine frostsichere Flüssigkeit, die Sole, in einem geschlossenen Kreislauf durch ein Kunststoffrohr, nimmt die Energie des Untergrunds dabei auf und transportiert sie zur Wärmepumpe. Die entzogene Energie fließt dann aus der Umgebung nach, und zwar über die Prozesse der Konvektion (Wärmetransport über das fließende Grundwasser) und Konduktion (Wärmetransport vom Wärmeren zum Kälteren in Abhängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit des Gesteins). Da ab einer Tiefe von 10 Metern die Temperatur das ganze Jahr über nahezu konstant bei rund 10 °C und damit von saisonalen Schwankungen unabhängig ist, ist die Erdwärmesonde insbesondere im Winter bei tiefen Temperaturen sehr effektiv und gut für den monovalenten Betrieb (ohne Heizstab) geeignet. Die notwendige Länge der Sonde und damit die Tiefe der Bohrung hängt vom Wärmebedarf des Gebäudes und der Wärmeleitfähigkeit des Untergrundes ab. Bei einem durchschnittlichen neuen Einfamilienhaus liegt sie bei einer Größenordnung von rund 100 Metern. Im Sommer eignen sich Erdwärmesonden hervorragend für die passive Kühlung.

Einen guten Überblick über die Nutzung oberflächennaher Geothermie in den einzelnen Bundesländern Deutschlands können Sie die Ranglisten und Projektbeispiele der erdwärmeLIGA einsehen.

Tiefe Geothermieprojekte, die auch die Energie aus größeren Tiefen als 400 m nutzen, werden zur Wärmeversorgung ganzer Ortschaften und Stadtteile eingesetzt bzw. in einigen Fällen sogar zur Erzeugung von Strom. Als Wärmequelle dienen die in großen Tiefen vorhandenen Thermalwässer oder das Energiepotential des Tiefengesteins. Die Nutzung dieser Ressourcen ist jedoch technisch sehr viel aufwendiger als in der oberflächennahen Geothermie und wird im Wesentlichen im Rahmen von Großprojekten realisiert. Mehr Informationen zur tiefen Geothermie finden Sie auf www.geothermie.de.