Nutzung von oberflächennaher Geothermie
Heizen und Kühlen mit Erdwärmesonden
Oberflächennahe Geothermie, die in Deutschland aus genehmigungsrechtlichen Gründen für kleinere Anlagen zumeist nur bis in Tiefen von 100 m erschlossen wird, lässt sich indirekt über Erdwärmesonden und -kollektoren sowie direkt über eine Grundwasserentnahme und -reinfiltration nutzen. Vertikal in den Untergrund eingebrachte Erdwärmesonden bieten gegenüber flächenhaft verlegten Kollektoren den Vorteil eines deutlich geringeren Platzbedarfes, der Witterungsunabhängigkeit und kaum einer Einschränkung von Überbauung und Bepflanzung. Eine direkte Grundwassernutzung ist oftmals wasserrechtlich problematisch. Aus diesen Gründen haben wir uns auf die Errichtung von Erdwärmesonden spezialisiert.
Dabei handelt es sich zumeist um sogenannte Doppel-U Sonden aus äußerst strapazierfähigem und langlebigem PE, die in ein vertikales Bohrloch eingebaut werden. Das Bohrloch wird anschließend zur Abdichtung und thermischen Anbindung vollständig mit einer Bentonit-Zement-Suspension verpresst. In den Sonden zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf die Wärmeträgerflüssigkeit (Sole), die dem Untergrund Wärme entzieht bzw. Raum- oder Solarwärme zurückführt. Eine fachgerecht ausgeführte Erdwärmesonde hält mindestens ein Leben lang und ist für eine Nutzungsdauer von etwa 100 Jahren konzipiert.
Das „Herzstück" einer Erdwärmesondenanlage ist die Wärmepumpe, die nach dem Prinzip eines Kühlschrankes unter Einsatz eines Arbeitsmittels mit niedrigem Siedepunkt dem Solekreislauf Wärme entzieht und an den Wasserkreislauf des Heizungssystems abgibt. Durch Verdichtung und Verdampfung des Arbeitsmittels wird dabei die Temperatur auf ein nutzbares Niveau mit Vorlauftemperaturen ab etwa 33°C angehoben. Je geringer die Anforderungen an die Vorlauftemperatur gehalten werden, desto wirtschaftlicher arbeitet das System (Verbesserung der Jahresarbeitszahl). Insofern sind Flächenheizungen (Fußboden, Wände, Decken) zu bevorzugen, die oftmals auch im Bestand nachgerüstet werden können. Für die Warmwasserbereitung können auch ohne zusätzlichen Heizstab Temperaturen bis etwa 65°C bereitgestellt werden. Im Gegensatz zu Luft-Wärmepumpen kommen Sole-Wärmepumpen für Erdwärmesonden auch ohne elektrische Zusatzheizung zur Abdeckung von Spitzenlasten aus, wenn eine korrekte Systemauslegung erfolgt.
Über die Leistungszahl der Wärmepumpe wird die Jahresarbeitszahl (JAZ) des Gesamtsystems gemäß VDI 4650 ermittelt. Weiterhin fließen die Temperatur der Wärmequelle und die Spreizung zwischen Vorlauf und Rücklauf der Heizungsanlage mit in die JAZ ein. Eine JAZ von 4 bedeutet, dass bei einem energetischen Einsatz von 1 kW eine Heizleistung von 4 kW bereitgestellt wird. Die Erdwärme stellt in diesem Fall 75% des gesamten Heizenergiebedarfs kostenlos zur Verfügung.
Bildquelle: Bosch Thermotechnik GmbH