Geothermie: Von Erdwärme und hydrogeothermischen Heizungen

Eine heiße Angelegenheit, die Erde erreicht in ihrem Inneren Temperaturen von mehreren 1.000°C, wohingegen das Leben der Menschen und die Temperatur an der Erdoberfläche durch das Klima bestimmt sind.

Bereits in  etwa 20 Metern Tiefe herrscht ein Gleichgewichtszustand zwischen der Außen- und der Innentemperatur der Erde. Die klimatisch bedingten Schwankungen sind dort nicht mehr relevant und entsprechen mehr oder weniger erstaunlich der Jahresmitteltemperatur am jeweiligen Standort. In Deutschland betragen die Temperaturen in 10-20 Metern Tiefe daher ca. 8-12 °C, danach nimmt die  Temperatur durchschnittlich 3 °C pro 100 Meter zu. Das klingt zunächst wenig, so der Bundesverband Geothermie (GtV), bedenkt man allerdings, dass der absolute Nullpunkt bei etwa –273 °C liegt, wird deutlich: Unter unseren Füßen liegen riesige Mengen an Energie gespeichert.  Die Region Karlsruhe, gelegen am Oberrheingraben, ist ebenso wie  das norddeutsche Becken und das in Süddeutschland gelegene Molasse-Becken für die hydrogeothermische Nutzung geeignet, da hier tiefe Grundwasser mit Temperaturen von über 60 °C vorkommen.

Ein Haus zu bauen oder zu sanieren, ist heute mit der Frage der vielzähligen Möglichkeiten unterschiedlicher Heizungsvarianten verknüpft. Dabei stellen sich die Fragen nach der Wirtschaftlichkeit, der Verlässlichkeit, der Wertsteigerung des Hauses und nicht zuletzt des Beitrags zum Klimaschutz. Schon die alten Römer nutzen die Erdwärme in ihren Thermalbädern und auch in Deutschland erfreuen sich die Systeme mit erdgekoppelter Wärmepumpe  immer größerer Beliebtheit.

Funktionsweise hydrogeothermischer Heizungssysteme

hydrogeothermie bohrung

Hydrogeothermie Bohrung – Die Erdwärmeheizung entzieht dem Untergrund im Winter die Wärme und befördert diese ins Haus. Im Sommer kühlt das System das warme Haus mit kalten Wasser aus dem Untergrund.

Eine Erdwärmeheizung arbeitet im Prinzip wie eine Gefriertruhe – nur im umgekehrten Betrieb: Sie entzieht dem Untergrund Wärme und gibt diese an das Haus ab.

Hierzu zirkuliert Wasser oder eine alternative Wärmeträgerflüssigkeit, verbunden mit einem Wärmetauscher und einem geschlossenen Rohrsystem im Untergrund, um die Wärme aus dem Boden aufzunehmen.

Am häufigsten werden Erdwärmesonden als Wärmetauscher eingesetzt, die über vertikale Bohrungen von meist 50 bis 250 Metern Tiefe überwiegend mit Kunststoffrohren verbaut werden. Um eine dauerhafte und dichte Einbindung der Erdwärmesonde in den Untergrund zu erreichen und nicht zuletzt um den Grundwasserschutz zu gewährleisten, werden der Raum zwischen der Bohrlochwand und den Rohren mit zementähnlichen Fertigbaustoffen verfüllt .

Die in der Tiefe gewonnene Wärmeenergie wird an der Oberfläche an die Wärmepumpe abgegeben, die wiederum ein zirkulierendes Arbeitsmittel enthält, das bereits bei sehr niedrigen Temperaturen verdampft und dabei die Wärme aus der Wärmeträgerflüssigkeit aufnimmt.

Dieses sogenannte Kältemittel wird nun in Dampfform in einem Kompressor verdichtet und erzeugt durch diesen zusätzlich erzeugten Druck einen deutlichen Temperaturanstieg. Durch ein Expansionsventil tritt es dann wieder in den Niederdruckbereich ein und kühlt wieder ab. Dort nimmt es wieder Wärme aus der Erde auf und der Kreislauf beginnt von vorne.

Der Antrieb des Kompressors benötigt natürlich Energie zumeist in Form von Strom oder Gas und bestimmt damit die laufenden Kosten dieses Heizungssystems. Im Vergleich mit alternativen Gas-, Öl- oder Stromheizungen zeichnet sich eine hydrogeothermische Heizung damit durch höhere Investitionskosten, aber deutlich geringere Betriebskosten aus. Entscheidend für die Betriebskosten ist an dieser Stelle daher die Effizienz einer Wärmepumpe

Als nennenswerte Kennzahl sei hierzu die Jahresarbeitszahl erwähnt. Bei einer Jahresarbeitszahl von „4“ erzeugt eine Wärmepumpe aus einer Kilowattstunde Strom vier Kilowattstunden „Heizungswärme“. Die Nutzung dieser Heizungsart gilt damit als effektiv und umweltschonend.

Im Sommer einfach andersherum nutzen:  Als Klimaanlage

Im Gegensatz zu anderen Heizungen kann eine Erdwärmeheizung auch als Klimaanlage genutzt werden.  Mit der sogenannten „freien“ Kühlung wird die im Sommer im Vergleich zur Außentemperatur kühle Untergrundtemperatur über die Sonde an die Fußboden- oder Flächenheizung übergeben. Die Wärmepumpe bleibt ausgeschaltet und verbraucht keinen Strom, lediglich die Umwälzpumpen arbeiten, um die kühle Flüssigkeit aus der Erde zu fördern und das mit der Raumwärme „erhitzte“ Wasser in den Untergrund abzuleiten.

Viele Energieversorger bieten spezielle Wärmepumpentarife an, die günstiger als die normalen Stromtarife sind. Erkundigen Sie sich daher auch vorab bei Ihrem Stromversorger. Über das Marktanreizprogramm (MAP) fördert zudem die Bundesregierung erneuerbare Energien bei der Sanierung von Bestandsgebäuden.

Der Bundesverband Geothermie empfiehlt vier Grundregeln zu beachten.

  1. Umfassende Planung ist ein Muss – Jede hydrogeothermische Anlage ist der spezifischen Situation und dem jeweiligen Haus anzupassen, so dass es keine Lösung von der Stange gibt. Eine umfassende Planung muss daher dem Bau jeder Erdwärmeheizung vorangehen.
  2. Suchen Sie den richtigen Partner – Die Fachbetriebe der Branche wissen, was Sie beim Bau einer Erdwärmeheizung beachten müssen und können Sie kompetent beraten. Sie werden Ihre Anlage richtig dimensionieren und Ihnen entsprechend Ihres Wärmeverbrauchs geeignete Wärmepumpen vorschlagen.
  3. Sie brauchen eine Genehmigung – In Deutschland ist das Bohren im Untergrund anzeigepflichtig, das bedeutet jede Bohrung bis zu einer Tiefe von 100 Metern muss bei der Unteren Wasserbehörde angemeldet und von ihr genehmigt werden.
  4. Sparen Sie nicht an der falschen Stelle. – Da die Investitionskosten für eine Erdwärmeheizung höher sind als bei konventionellen Systemen, denken Sie an die geringen Betriebskosten, Kalkulieren Sie das Projekt gesamtheitlich

Weitere Informationen erhalten Sie beim Bundeverband Geothermie unter: www.geothermie.de

Erschienen in: immo-magazin Printausgabe 1/2013