WIE KANN ERDWÄRME GENUTZT WERDEN?

 

Mit Erdwärme kann nicht nur kostengünstig geheizt werden. Erdwärme kann auch zur Warmwasserbereitung und zur Kühlung von Gebäuden genutzt werden.

99 Prozent unseres Planeten sind heißer als 1000 Grad Celsius, 99 Prozent vom Rest sind immer noch heißer als 100 Grad Celsius.

Die Erdtemperatur beträgt in einer Tiefe von 10 – 20 Metern etwa 10-13 Grad Celsius. In darüber liegenden Schichten kann die Erdtemperatur von der Witterung (Regen, Sonne) beeinflusst werden. Auf jeden Quadratmeter Erdoberfläche wirken jährlich ca. 1100 Kilowattstunden Sonnenenergie ein. In tieferen Erdschichten überwiegt der geothermische Wärmefluss, welcher aus radioaktiven Zerfallsprozessen im Erdmantel und Erdkern hervorgerufen wird. Der Erdkörper erwärmet sich alle 33 m Tiefe um etwa 1 Grad Celsius.

Diese Energie wird bei erdgekoppelten Wärmepumpensystemen genutzt. Erdwärmesonden für Heizzwecke reichen meist in Tiefen von 40 bis zu 150m. Ausnahmen hiervon gibt es.

WIE FUNKTIONIERT EINE ERDWÄRMEHEIZUNG? 

Heute kann Erdwärme mit verschiedenen Systemen wie z.B. Erdwärmesonden, Flächenkollektoren, Grundwasserbrunnen, Energiepfählen, Erdwärmekörben und Direktverdampfersonden gefördert werden.

Die Grundidee besteht darin, Heizwärme aus dem Erdreich zu gewinnen und über geeignete Systeme (Wärmepumpen) im Gebäude für die Nutzung bereitzustellen. Jeder kennt dieses Prinzip. Ein Kühlschrank entzieht in seinem Inneren, den Lebensmitteln die Wärme und gibt diese an den Raum ab. Bei einer Erdwärmeanlage wird dem Erdreich die Wärme entzogen und über die Heizung an das Gebäude abgegeben. In umgekehrter Weise lässt sich dieses Prinzip auch zur Kühlung verwenden. Überschüssige Gebäudewärme wird an den Untergrund abgegeben. Auf diese Weise ist bei entsprechend geeigneten Untergrundbedingungen (keine Grundwasserleiter) eine saisonale Speicherung von Kühl- und Heizenergie möglich.

In Bohrungen, welche durch Spezialfirmen abgeteuft werden, werden Kunststoffrohre (Erdwärmesonden) eingebaut und zu Kreisläufen zusammengeschlossen. Diese werden über eine Sondenverteileranlage mit dem Kühl- und/oder Heizsystem des Gebäudes verbunden.

Im Erdwärmesondensystem zirkuliert eine Flüssigkeit (Wasser mit oder ohne Frostschutzmittel), die als Energieträger sowohl Wärme als auch Kälte aufnehmen, abgeben und transportieren kann. Die Erdwärme wird von der Erdwärmesondenanlage zur Wärmepumpe transportiert.

Im Gebäude sorgt die Wärmepumpe für die Erzeugung des nutzbaren Temperaturniveaus.

Mit Erdwärmesonden kann sehr kostengünstig gekühlt werden. Unter sehr guten geologischen Voraussetzungen, kann bei einer passiven Kühlung ganz auf die Wärmepumpe verzichtet werden. Energie wird dann lediglich für die Umwälzpumpen benötigt. Dazu wird bei Kühlbedarf über geeignete Systeme (z.B. Fussboden und/oder Gebäudedecken) dem Gebäude die Wärme entzogen und über einen Wärmetauscher und Umwälzpumpen in das Erdreich abgeführt. Reicht eine Kühlung über die Erdwärmesonden nicht aus, können umschaltbare Wärmepumpen das benötigte Temperaturniveau für die Kühlung erzeugen. Eine Kombination aus beiden Systemen (passive- und aktive Kühlung) bietet sich an.

Der große Vorteil von Erdwärmesonden gegenüber anderen Wärme- und Kältequellen (Flächenkollektoren, Außenluft) ist, dass Prozesswärme, Abwärme z.B. aus Produktionen oder die Wärme des Kühlbetriebes im Untergrund gespeichert und zum Heizen genutzt werden kann. Umgekehrt kann Kälte, die durch den Heizbetrieb mit der Wärmepumpe entsteht im Erdreich gespeichert und für die Kühlung genutzt werden.

Um im Untergrund gespeicherte Wärme nutzen zu können wird ein Loch gebohrt (Wärmebrunnen, Sondenbrunnen) der zwischen 50 und 200 Meter tief ist, abhängig vom Energiebedarf des Hauses. In das ca. 15 cm breite Bohrloch wird ein Kunstsoffrohr in Schleifenform hinabgelassen. Die Rohre werden dann mit Wasser und einem Frostschutzmittel (z.B. Glykol) befüllt.

Wie funktioniert eine (Erd-)Wärmepumpe?
  1. Die Wassermischung in den Rohren (Erdsonden) wird zur Wärmepumpe gepumpt.
  2. Wenn das herauf gepumpte Wasser die Wärmepumpe erreicht, beginnt das Kühlmittel zu kochen (Kühlmittel hat einen sehr niedrigen Sidepunkt).
  3. Beim kochen sich bildender Wasserdampf wird in den Kompressor geleitet.
  4. Im Kompressor wird der Dampf gesammelt und verdichtet (der Druck wird erhöht).
  5. Durch die Kompression wird Wärme frei (vergleichbar dem Pumpen mit einer Fahrradluftpumpe). Im Kompressor wird Wasser erwärmt und wenn eine Temperatur von ca. 50°C erreicht ist wird das Wasser zum heizen in den Heizkreislauf im Haus geleitet.

Ein ähnlicher Prozess findet in einem gewöhnlichen Kühlschrank statt, nur umgekehrt. Wärmepumpen brauchen Strom für den Betrieb (für die (Sonden-)Wasserpumpe, den Kompressor, die Pumpe für den Heizwasserkreislauf, die Steuerelektronik, usw. Jede kWh Strom sollte etwa drei kWh Wärme erzeugen (wird angegeben durch die sog. Jahresarbeitszahl).