Der
Klimawandel, die Endlichkeit fossiler Brennstoffe, die gesundheitlichen
Auswirkungen auf den Menschen und nicht zuletzt die wirtschaftliche
Abhängigkeit von importierten fossilen Brennstoffen haben dafür gesorgt, dass in
Deutschland vermehrt auf umweltfreundliche Alternativen gesetzt wird.
Neben Sonne,
Wind und Wasser gehört dabei auch die sogenannte Geothermie zu den erneuerbaren
Energiequellen. Da wir von IFB Eigenschenk festgestellt haben, dass viele zwar
Begriffe wie Wärmepumpe und Geothermie kennen, aber nicht genau wissen, was dahintersteckt,
stellen wir in unserem Blogbeitrag kurz die ingenieurtechnische Nutzung von
Erdwärme mittels Wärmepumpen vor.
Wärmepumpe - Nachhaltige Energie aus unserer Erde nutzbar machen
Was ist Geothermie?
Mit Geothermie, was übersetzt „Erdwärme“ bedeutet, ist die Nutzung der natürlichen Wärme aus dem Inneren der Erde gemeint. Geothermie nutzt diese Wärme, um Energie zu erzeugen oder Gebäude zu heizen. Auch der Einsatz zu Kühlzwecken ist möglich.
Warum ist Geothermie umweltfreundlich?
Da die Wärme im Erdinneren praktisch unbegrenzt vorhanden ist, handelt es sich bei der Geothermie um eine erneuerbare Energiequelle. Sie weist im Vergleich zu fossilen Brennstoffen wie Kohle oder Erdöl eine geringere Umweltbelastung auf. Die Nutzung von Erdwärme erfordert allerdings spezifische geologische Bedingungen und Investitionen in die Infrastruktur, wodurch Geothermie nicht überall wirtschaftlich oder technisch umsetzbar ist. Wir zeigen Ihnen in einer Machbarkeitsstudie gerne, welche Möglichkeiten Ihnen bei Ihrem Bauvorhaben zur Verfügung stehen!
Was ist eine Wärmepumpe?
Um die Wärme des Erdreichs bzw. des Grundwassers nutzen zu können, benötigt man eine Wärmepumpe. Eine Wärmepumpe ist eine Technologie mit deren Hilfe Umweltenergie aus Luft, Wasser oder Erde verwertet nutzbar gemacht werden kann. Im Fall der geothermischen Wärmepumpe wird die im Erdreich oder dem Grundwasser gespeicherte Wärmeenergie entnommen und für Heiz- oder Kühlzwecke aufbereitet. Dabei wird je nach Anwendung das Temperaturniveau angehoben bzw. abgesenkt, sozusagen „gepumpt“.
Wie funktioniert eine Wärmepumpe?
Eine Wärmepumpe funktioniert ungefähr so wie ein Kühlschrank, kehrt die Wirkrichtung zum Heizen jedoch um. Während ein Kühlschrank Wärme aus dem Inneren nach außen transportiert, um das Innere zu kühlen, nimmt eine Wärmepumpe Wärme aus der Umgebung auf und transportiert sie in ein Gebäude, um es zu heizen.
Abbildung 1: Wie funktioniert eine Wärmepumpe?
Eine Wärmepumpen-Heizungsanlage besteht aus drei Teilen: der Wärmequellenanlage, der Wärmepumpe sowie dem Wärmeverteil- und Speichersystem, das die Wärmeenergie im Gebäude verteilt oder zwischenspeichert.
Die Wärmepumpe selbst besteht aus einem geschlossenen Kreislauf, der aus einem Verdampfer (verdampfen), einem Kompressor (verdichten), einem Kondensator (verflüssigen) und einem Expansionsventil (entspannen) besteht. Dieser Kreislauf enthält ein Kältemittel, das bereits bei niedriger Temperatur verdampft.
Im Verdampfer wird das Kältemittel bei niedriger Temperatur verdampft, dabei wird Wärme aus der Umgebung aufgenommen. Der Kompressor erhöht den Druck des Kältemittels und damit auch seine Temperatur. Das heiße Kältemittel wird dann in den Kondensator geleitet, wo es seine Wärme an das Heizsystem (Wärmeverteil- und Speichersystem) abgibt und dabei wieder kondensiert. Das flüssige Kältemittel wird anschließend durch das Expansionsventil geleitet, wo der Druck verringert und die Temperatur abgesenkt werden, bevor es zurück in den Verdampfer geleitet wird, um den Kreislauf zu wiederholen.
Eine Wärmepumpe kann Wärme aus der Außenluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser (Wärmequellenanlage) aufnehmen und in ein Gebäude transportieren, um es zu heizen. Umgekehrt kann sie aber auch im Sommer als Klimaanlage genutzt werden, indem sie die Wärme aus dem Gebäude in die Umgebung transportiert.
Abbildung 2: Wärmepumpensysteme
Was ist der Unterschied zwischen tiefer und oberflächennaher Geothermie?
Der Unterschied zwischen tiefer Geothermie und oberflächennaher Geothermie liegt in der Tiefe, aus der die geothermische Energie in der Erde gewonnen wird und den Methoden, die dazu angewandt werden. Oberflächennahe Geothermie bezieht sich auf die Nutzung der Wärmeenergie, die sich in den oberen Schichten der Erdoberfläche befindet. Sie wird in geringen Tiefen von wenigen bis hin zu 400 Metern genutzt. Es gibt verschiedene Arten, oberflächennahe Geothermie zu nutzen:
- Grundwasserwärmepumpen: Sie nutzen das weitgehend konstante Temperaturniveau des Grundwassers, um Gebäude zu heizen oder zu kühlen. Das Grundwasser wird über einen Entnahmebrunnen gefördert und anschließend die Wärmeenergie über einen Wärmetauscher auf das Wärmeträgermedium übertragen. Zu Heizzwecken wird anschließend das Temperaturniveau mittels Wärmepumpe erhöht. Das abgekühlte Grundwasser wird über einen Schluckbrunnen wieder versickert. Zu Kühlzwecken kann der Prozess umgedreht werden.
- Erdwärmesonden: Hierbei werden geschlossene Rohre, die sogenannten Sonden, in Bohrlöcher eingebracht. In den Sonden zirkuliert ein Wärmeträgermedium. Dabei handelt es sich meistens um ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel. Die Wärmeenergie wird über diese Sonden direkt aus dem Boden aufgenommen. Anschließend wird in einer Wärmepumpe das Temperaturniveau auf die gewünschte Heiz- bzw. Kühltemperatur angehoben bzw. abgesenkt.
- Erdwärmekollektoren: Die Funktionsweise ist ähnlich der von Erdwärmesonden. Zur Nutzung der oberflächennahen Erdwärme wird in etwa 80 bis 160 Zentimeter unter der Erde ein horizontales Rohrnetz in Schleifen verlegt. In diesem strömt ein Wärmeträgermedium, welches die Erdwärme aufnimmt und zur Wärmepumpe führt. Da sie näher an der Oberfläche sind, übertragen sie im Winter teilweise weniger Wärme als Erdwärmesonden. Die Temperaturen reichen aber dennoch für einen effizienten Wärmepumpenbetrieb aus.
Die oberflächennahe Geothermie eignet sich hauptsächlich für Heiz- und Kühlzwecke in Wohngebieten oder Gewerbegebäuden. Kontaktieren Sie uns gerne: Wir helfen Ihnen, die optimale Lösung für Ihr Bauvorhaben zu finden.
Tiefe Geothermie bezieht sich auf die Nutzung der Wärmeenergie, die aus mehreren Kilometern Tiefe stammt. Das ist über zwei Arten möglich:
- Hydrothermale Energiegewinnung: nutzt Heißwasser-Vorkommen
- Petrothermale Energiegewinnung: im Gestein gespeicherte Energie wird genutzt
Weitere Informationen zur tiefen Geothermie und wo diese in Bayern eingesetzt wird, erhalten Sie unter anderem beim Bayerischen Landesamt für Umwelt: Tiefe Geothermie – LfU Bayern
Was sind Vor- und Nachteile von Geothermie?
Die Nutzung der Erdwärme ist unabhängig vom Wetter, denn Geothermie wird im Gegensatz zu Solarenergie oder Windkraft nur geringfügig von den jahreszeitlichen Temperaturwechseln beeinflusst. Neben diesem entscheidenden Vorteil gibt es noch eine Reihe weiterer Vor- und Nachteile, die aber je nach Standort und Anwendung variieren können. Einige davon haben wir Ihnen in der nachfolgenden Tabelle zusammengetragen:
Vorteile
+ Erneuerbare Energiequelle: Geothermie nutzt die natürliche Wärmeenergie aus dem Erdinneren, die praktisch unbegrenzt und kontinuierlich zur Verfügung steht.
+ Niedrige Treibhausgasemissionen: Die Nutzung von Geothermie erzeugt nur in Ausnahmefällen Treibhausgasemissionen, welche im Vergleich zum Einsatz fossiler Brennstoffe zudem deutlich geringer ausfallen.
+ Geringer ökologischer Fußabdruck: Geothermie verursacht im Vergleich zu Energiequellen wie Kohlekraftwerken oder großen Staudämmen einen geringeren ökologischen Fußabdruck. Die direkten Umweltauswirkungen sind insbesondere bei oberflächennaher Geothermie und geothermischer Wärmepumpennutzung sehr gering.
+ Vielseitige Anwendungen: Geothermie kann für verschiedene Zwecke, wie Heizung, Kühlung und Stromerzeugung genutzt werden. Eine geothermische Nutzung ist dabei sowohl in Wohnhäusern und Gewerbegebäuden als auch in großen geothermischen Kraftwerken möglich.
+ Kostenersparnis: Unter den richtigen Voraussetzungen arbeiten Wärmepumpen sehr effektiv, wodurch Heizkosten deutlich gesenkt werden können.
+ platzsparend: Da Wärmepumpen mit Strom betrieben werden, wird kein Lagerraum für Brennstoffe benötigt.
+ Staatliche Förderung: Für den Heizungstausch gibt es vom Staat verschiedene Förderprogramme. Mehr Infos dazu gibt es hier: Förderung | Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e.V. (waermepumpe.de)
Nachteile
– Standortabhängigkeit: Die Nutzung von Geothermie erfordert geeignete geologische Bedingungen wie bspw. das Vorhandensein von (heißem) Grundwasser. Daher sind nicht alle Regionen geeignet.
– Hohe Anfangsinvestitionen: Der Aufbau von geothermischen Anlagen erfordert in der Regel hohe anfängliche Investitionen für Bohrungen, Infrastruktur und Anlagentechnologien.
– Potenziell begrenzte Ressourcen: In manchen Fällen können geothermische Ressourcen begrenzt sein, weil die geothermische Wärmequelle bspw. im Laufe der Zeit in ihrer Produktivität abnimmt. Daher sind eine sorgfältige Bewertung der Ressourcen-potenziale und eine nachhaltige Nutzung wichtig, um eine langfristige Verfügbarkeit sicherzustellen.
– Mögliche geologische Risiken: Bei der tiefen Geothermie können geologische Risiken wie Erdbeben oder die Freisetzung von Gasen auftreten.
Sie haben noch Fragen?
Dann kontaktieren Sie uns bitte! Das Team der IFB Eigenschenk berät Sie gerne ausführlich in einem kostenlosen Erstgespräch. Selbstverständlich geht dies auch online, falls Sie nicht zu uns nach Deggendorf in Niederbayern kommen können.
