Geothermie oder Erdwärme hat in Verbindung mit Wärmepumpen ein großes Potenzial als umweltfreundliche Lösung für Heizung und Wärmeerzeugung im privaten und gewerblichen Bereich. Geothermische Energie oder Erdwärme entsteht in den oberen Bodenschichten bis rund 100 m Tiefe durch die gespeicherte Sonnenenergie. In tieferen Schichten ist aufsteigende Wärmeenergie aus dem Erdinneren dafür verantwortlich.
Nur bis zu einer Tiefe von etwa 10 m unter der Geländeoberkante ist die herrschende Temperatur vom Verlauf der Jahreszeiten geprägt. Ab ca. 15 m ist die Erdtemperatur über das Jahr hinweg nahezu konstant.
Zur Energiegewinnung für Heizung und Warmwasserbereitung kommt die Geothermie für den Betrieb von erdgekoppelten Wärmepumpen zum, Einsatz. Diese Heiztechnik, die zu den erneuerbaren Energien zu rechnen ist, lässt sich auch im Einfamilienhaus umweltschonend einsetzen.
Funktionsweise von Erdwärmepumpen
Zwei Varianten stehen für die Nutzung von Geothermie zur Verfügung: Wärmepumpen mit Erdsonde und Erdkollektor. Für die Lösung mit Erdsonde sind eine oder mehrere Tiefenbohrungen nötig. Im Bereich der Geothermie für Privatimmobilien reichen die Sonden bis zu 100 m tief. Für große Geothermieanlagen und Geothermiekraftwerke können die Sonden auch deutlich tiefer liegen. Im Gegensatz dazu liegen Kollektoren in Oberflächennähe als flächiges Netz.
In beiden Fällen zirkuliert durch dieses geschlossene System Sole oder eine ähnlich geartete Wärmeträgerflüssigkeit. Das Fluid erwärmt sich im Boden und gibt die thermische Energie über Wärmetauscher an die Wärmepumpe ab. Diese führt sie über einen Kältemittelkreislauf dem Heizkreis oder anderen Anlagen als Verbraucher zu. Wärmepumpen arbeiten mit elektrischem Strom oder Erdgas. Die Arbeitszahl gibt das Verhältnis an, wie viel kW Wärmeenergie mit Hilfe einer kW zugeführten Energie zur Verfügung stehen.
Der Boden als Wärmequelle
Die Wärmeausbeute hängt stark mit der geologischen Beschaffenheit und den Gesteinsarten vor Ort zusammen. Erwünscht ist eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität. Daher ist eine Sättigung mit Grundwasser wie bei nassen Ton-, Schluff-, Kies- und Sandböden immer von Vorteil.
Besonderheiten und praktischer Einsatz
Vorteile von Geothermie liegen in der guten Umweltbilanz. Bei Betrieb mit ökologisch gewonnenem Strom kann eine Erdwärmepumpe nahezu emissionsfrei arbeiten. Erdwärmepumpen sind über das gesamte Jahr hinweg konstant leistungsfähig. Die einfache Konstruktion der technischen Ausstattung ist zudem wartungsarm und weist eine lange Haltbarkeit auf.
Nachteile liegen vor allem in den Kosten und im Aufwand für Installation und Erschließung: die Bohrungen verursachen hohe Kosten und die Erdarbeiten hinterlassen auch Spuren am Standort. Zudem ist in der Regel eine Genehmigung für den Eingriff in grundwasserführende Schichten erforderlich.