Oberflächennahe Geothermie

Die Temperaturen der Luft schwanken mit der Jahreszeit sehr stark. Innerhalb der oberen Schichten des Erdbodens haben diese Temperaturschwankungen jedoch nur mehr sehr geringen Einfluss auf das Temperaturniveau im Erdreich. Je nach Region werden nur mehr die obersten 5m – 10m des Bodens einer geringen Temperaturschwankung unterzogen. (Abbildung 1) Unterhalb dieser 5m - 10m Tiefe steigt die Temperatur etwa alle 30 m um 1°C an. Dieses geothermische Niedrigtemperatur-Potenzial eignet sich gut für dezentralisierte Heizanlagen für Ein- und Mehrfamilienhäuser, ganze Wohnblöcke, Gemeindehäuser, Schulen, Mehrzweckgebäude, etc.

		Temperaturabhängigkeit von der Jahreszeit   Februar May August November
	Abbildung 1: Vertikaler Temperaturverlauf im Erdreich

Es stehen verschiedene Technologien zur Verfügung um diese nachhaltige Energieart zu nutzen. Das am weitesten verbreitete System ist die Erdwärmesonde.

Funktionsweise einer Erdwärmesonde

Einleitung

Erdwärmesonden sind Wärmetauscher (Rohrsystem aus Polyethylen, PE-HD), eingebaut in vertikalen Bohrungen von ca. 50 m bis 200 m Tiefe. Darin lässt man eine Flüssigkeit zirkulieren, über die mit Hilfe einer Wärmepumpe dem Untergrund Wärme entzogen wird.
Die zirkulierende Flüssigkeit nimmt die Erdwärme auf und versorgt mit dieser geothermischen Energie eine Wärmepumpe. Diese Wärmepumpe muss im Vorfeld für die benötigte Heizleistung dimensioniert werden. (Abbildung 2 )

Aber auch die Variante zur Kühlung kann über Erdsonden erfolgreich umgesetzt werden. Hierbei wird Wärme aus Gebäuden über die Wärmepumpe in das Erdreich übertragen, die die Regeneration unterstützt und sozusagen im Winter wieder zur Verfügung steht.

	Abbildung 2: Heizanlage mit Erdwärmesonde und Wärmepumpe

Projektierung, Einbau und Wirkungsweise einer Erdwärmesonde

Projektierung

Aufgrund des Gewässerschutzgesetzes wird eine wasserrechtliche Bewilligung von den zuständigen Behörden benötigt. Deshalb muss im Vorfeld ein Projekt mit allen für die Behörde relevanten Daten erstellt werden, um diese Genehmigung zu erlangen. Die Dauer von der Projektierung bis zur endgültigen Genehmigung (absolut notwendig um mit der Bauausführung zu beginnen) dauert im Durchschnitt 6 – 8 Wochen, bei problematischen Gebieten noch länger.

Ausführung

Eine Erdwärmesonde kann praktisch in jeden Untergrund eingebaut werden. Dabei werden je nach Größe des beheizbaren Gebäudes eine bestimmte Anzahl von Bohrungen mit einem Durchmesser von ca.15 cm in der Nähe des zu beheizenden Gebäudes abgeteuft.

Die Bohrtiefe wird durch das zu beheizende Gebäudevolumen und die Zusammensetzung des Untergrunds bestimmt. In der abgeteuften Bohrung wird üblicherweise ein U-Rohr oder Doppel U-Rohr aus Polyethylen (PE-HD) bis zum Grund eingebracht. Der verbliebene Hohlraum wird mit einer Mischung aus Bentonit und Zement von unten nach oben verfüllt, um einen guten thermischen Kontakt zwischen dem U-Rohr und der Bohrlochwand sicher zu stellen. Damit bildet die EWS einen geschlossenen Kreislauf, in dem die so genannte SOLE (Wasser-Ethanol-Gemisch) zirkuliert. (Abbildung 3 )

	Abbildung 3: Ausführung der Erdwärmesonden mit Anschluss am System und Sondenbild

Wirkungsweise

Nachdem die Sonde an das System angeschlossen ist, kann Mit der WP das Temperaturniveau auf etwa 35 bis 55° C angehoben werden. Der Anteil der dazu benötigten elektrischen Energie liegt bei 20% bis 30% der Gesamtenergieabgabe der WP. Mit diesem System ist während der gesamten Heizperiode die Versorgung eines Gebäudes mit Bodenheizung oder Niedertemperaturradiatoren sichergestellt. Zusätzlich ist auch die Versorgung mit Warmwasser möglich. (Abbildung 4 )

	Abbildung 4: Funktionsprinzip einer Wärmepumpe mit Erdwärme

Letzten Endes ist die Wahl für eine Heizungsanlage mit Erdwärmesonden aus zweierlei Hinsicht zu empfehlen.

• Die vorerst vermeintlich höheren Investitionskosten im Vergleich mit anderen Heizsystemen amortisieren sich in der Regel nach 8 – 12 Jahren. (für eine exakte Amortisationsrechnung fragen sie den Installateur ihres Vertrauens)
• Weiters steht die Entscheidung zu Gunsten einer umweltfreundlichen Anlage, im Einklang mit den Luftreinhaltenormen. Die Erdwärmesonden sind an der Erdoberfläche „unsichtbar“, produzieren kein CO2 und weisen eine Lebensdauer von ca. 75 - 100 Jahren auf. Bei Wärmepumpen der neuesten Generation kann weitgehend mit ca. 25-30 Jahren Lebensdauer gerechnet werden.