Nutzung Erdwärme

Die Erdwärme (auch Geothermie genannt) gehört zu den erneuerbaren Energiequellen und kann grundsätzlich aus unterschiedlichen Tiefen im Erdreich gewonnen werden. Die technische Nutzbarkeit dieser Energiequelle hängt in erster Linie von den geologischen und hydrogeologischen Bedingungen am Standort ab, wobei prinzipiell ab einer Tiefe von 20 m im Untergrund eine konstante Temperatur herrscht, die weder tägliche noch saisonale Schwankungen aufweist. Ab dieser Tiefe steigt die Temperatur etwa alle 33 m um 1 ºC an. Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften der untergrundaufbauenden Gesteine wird die Wärme auch unterschiedlich geleitet und gespeichert. Hohe Leitfähigkeit und Wärmespeichereigenschaften weisen Festgestein (z.B. Granit, Gneis, Kalkstein, Sandstein) sowie stark wassergesättigtes Lockergestein (z.B. Kies, Sand) auf (siehe Tab. 1)

Wärmeleitfähigkeit und mögliche spezifische Entzugsleistung

Tabelle Nr. 1
Gestein Wärmeleitfähigkeit
W/(mK)
spez. Entzugsleistung
W/m
Schlechter Untergrund (trockenes Lockergestein) <1,5 <25
Festgestein oder wassergesättigtes Lockergestein 1,5 - 3,0 60
Festgestein mit hoher Wärmeleitfähigkeit >3,0 84
Kies, Sand, trocken 0,4 <25
Kies, Sand wasserführend 1,8 - 2,4 65 - 80
Kalkstein, massiv 2,8 55 - 70
Kalkstein, massiv 2,8 55 - 70
Sandstein 2,3 65 - 80
Granit 3,4 65 - 85
Gneis 2,9 70- 85

Beispiele für Wärmeleitfähigkeit und mögliche spezifische Entzugsleistung (Wärmepumpen-Verdampferleistung) für Erdwärmesonden in Anlagen mit einer Heizleistung bis 30 kW, spez. Entzugsleistung für 1800 h (modifiziert nach VDI 4640)


Geschlossene Systeme

Geschlossene Systeme
Bohrgerät für Erdwärmesonden (Foto Landesagentur für Umwelt und Klimaschutz)

Erdwärmesonden sind Rohrbündel aus PE-Kunststoff. Sie werden in senkrechte Bohrungen mit Tiefen von meist 50 bis 150 Meter eingebracht. Die Bohrungen werden anschließend mit einer Bentonit-Zement-Mischung aufgefüllt und verpresst. In die Kunststoffrohre wird eine Wärmeträgerflüssigkeit gefüllt, welche die im Untergrund gespeicherte Erdwärme aufnimmt. Diese Flüssigkeit zirkuliert zwischen Sonde und einem Wärmetauscher. Im Wärmetauscher wird der Flüssigkeit die Wärme entzogen und durch eine Wärmepumpe auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und somit für Heizzwecke nutzbar gemacht.
Die abgekühlte Wärmeträgerflüssigkeit zirkuliert in die Sonde zurück, wo sie wiederum durch die Erdwärme aufgewärmt wird.

Die Anlage kann zudem auch so ausgerichtet werden, dass im Sommer der Kreislauf zum Kühlen verwendet werden kann. Für die Auslegung der Erdwärmesonde werden Parameter wie der Wärmebedarf, die Betriebsstunden der Anlage, sowie der zu erwartende Gesteinsaufbau des Untergrundes herangezogen.
Die erzielbare Heizleistung liegt bei 1 kW je 15 - 25 m Sondentiefe.

Erdwärmesonden sind von einer Wasserkonzessionspflicht befreit, es reicht lediglich eine Meldung

Formulare

Wasser - Erdwärme (geschlossene Systeme)

Die Erdwärme (auch Geothermie genannt) gehört zu den erneuerbaren Energiequellen und kann grundsätzlich aus unterschiedlichen Tiefen im Erdreich gewonnen werden. Die technische Nutzbarkeit dieser Energiequelle hängt in erster...

Offene Systeme

Offene Systeme
Bohrgerät für Tiefbrunnen (Foto Landesagentur für Umwelt und Klimaschutz)

Die Grundwasser-Wärmepumpe-Anlage nutzt das Grundwasser als Energiequelle.
Aufgrund der ganzjährig konstanten Grundwassertemperaturen, in der Regel von ca. 8 - 12 ºC, eignet sich das Grundwasser zum Heizen z.B. von Gewerbegebäuden oder Ein- und Mehrfamilienhäusern, sowie zum Kühlen von Gebäuden und Kühlzellen. Das Grundwasser wird dafür in der Regel über einen Förderbrunnen entnommen und einer Wärmepumpe zugeleitet. In dieser wird eine gewisse Menge an Wärme dem Grundwasser entzogen. Das durch diesen Prozess abgekühlte Wasser wird dann in einem Schluckbrunnen in den Grundwasserkörper wieder eingeleitet. Die so über die Wärmepumpe gewonnene Energie wird dem Heizkreislauf des Gebäudes zugeführt.
Durch die Umkehrung dieses Systems wird die Anlage zum Kühlen verwendet.
Die Grundwasserentnahme und -rückgabe für den Betrieb der Wärmepumpe nimmt direkten Einfluss auf den Grundwasserkörper. So bewirkt die Entnahme von Grundwasser eine lokale Absenkung des Grundwasserspiegels, welche wiederum benachbarte Grundwassernutzungen in ihrem Betrieb beeinträchtigen könnte. Anderseits kann die Wiedereinspeisung des entnommenen Wassers in den Grundwasserkörper eine chemische, bakteriologische und thermische Veränderung des Grundwassers zur Folge haben. Die Grundwasserentnahme für Kühl- und Wärmezwecke ist daher verboten, wenn andere Grundwassernutzungen beeinträchtigt werden und generell in Trinkwasserschutzgebieten.

Die Wassernutzung für eine Grundwasser-Wärmepumpe-Anlage ist konzessionspflichtig und entsprechend der benutzten Wassermenge ist ein jährlicher Wasserzins zu entrichten. Für die Vergabe der Wasserkonzession muss beim Amt für Gewässernutzung ein Gesuch mit den vorgeschriebenen Unterlagen (Projekt und hydrogeologische Studie) eingereicht werden. Nachfolgend der Link zu den Formularen:

Formulare

Wasser - Wasserableitung für Industriezwecke

Die Gewässer stellen ein öffentliches Gut dar. Jeder, der sie ableiten und benutzen will, muss dafür eine entsprechende Genehmigung von Seiten der zuständigen Verwaltungsbehörde einholen, die sog....


Rechtsgrundlagen:
Nehmen Sie Einsicht in die Gesetzgebung

Kontakt: Amt für nachhaltige Gewässernutzung