Erdwärmesysteme

• offenes System

• Nutzung von Wärmekonvektion (Energietransport über das Medium Wasser)
• kontinuierlich wird oberflächennahes Grundwasser aus dem Förderbrunnen entnommen
• über Wärmepumpe wird Energie in das Heizungssystem abgegeben, Wasser kühlt sich ab
• per Schluckbrunnen erfolgt die Wasserrückgabe in das Grundwasser
• bei Nutzung zur Klimatisierung / Kühlung wird erwärmtes Wasser zurückgegeben
• besonders effizient bei ergiebigem GW-Leiter
• Auslegung/Dimensionierung siehe u. A. VDI 4640
• Genehmigungsverfahren gemäß Wasserrecht

• geschlossenes System
• Rohrsystem wird flächenhaft horizontal in ca. 1,2 bis 1,5 m Tiefe (unterhalb Frostgrenze) verlegt; Überdeckung mit Erdreich
• Verlegearten unterschiedlich (z.B. Mäander, Doppelmäander, Schnecke, Tichelmann-Prinzip)
• Regeneration des Erdreiches als oberflächennahes System ausschließlich durch Sonneneinstrahlung (teilweise auch Wärmekonvektion über Regenwasser)
• Nachteil: Bebauungs- bzw. Nutzungsbeschränkung des Kollektorareals
• Auslegung /Dimensionierung siehe u. A. VDI 4640
• wasserrechtliches Genehmigungsverfahren

• geschlossenes System
• Rohrsystem (i .d. R. Doppel-U-Sonde, aber auch Alternativen wie Koaxialsonde, MOUVITECH,…) ist in einer vertikalen Bohrung eingebracht
• Bohrung ist verfüllt mit Material hoher Wärmeleitfähigkeit (möglichst geringer Übergangswiderstand Solerohr-Bohrlochwandung)
• Bohrtiefen gewöhnlich 80 bis 100 m, jedoch auch bis 400 m
• Wärmeträgerflüssigkeit fließt durch die Sonde und erwärmt sich im Untergrund, Abgabe der Erdwärme in das Heizungssystem per Wärmepumpe; abgekühltes Medium fließt zurück
• Auslegung /Dimensionierung kleiner Anlagen: siehe u. A. VDI 4640; größere Anlagen bedürfen der exakten Dimensionierung (etwa Ermittlung der Untergrundparameter durch TRT, Simulation des Langzeitverhaltens zur Berechnung der Sondenfeld-Geometrie)
• Genehmigungsverfahren < 100 m Wasserrecht; > 100 m Bergrecht

• Ground-Radial-Drilling
• geschlossenes System
• sternförmige Anordnung schräggebohrter Sonden
• nur ein Schacht zur Einbindung in das WPS notwendig
• effiziente Ausbeutung des Erdreiches auch auf kleinen Grundstücken, veritable Nutzung des Untergrundes unter Gebäuden
• durch flache Bohrtiefen auch einsetzbar in Grundwasserschutzzonen
• Genehmigungsverfahren ≤ 100 m Auslegung /Dimensionierung kleiner Anlagen: siehe u. A. VDI 4640; größere Anlagen bedürfen der exakten Dimensionierung (etwa Ermittlung der Untergrundparameter durch TRT, Simulation des Langzeitverhaltens zur Berechnung der Sondenfeld-Geometrie)
• wasserrechtliches Genehmigungsverfahren

• geschlossenes System
• Rohrsystem wird vorgefertigt als „Korb“ (unterschiedliche geometrische Ausführungen am Markt) in Baugrube eingelassen; Verlegung unterhalb der Frostgrenze ab ca. 1,2 m bis in Tiefen von ca. 3 m; Verfüllung mit Erdreich
• Wärmeträgerflüssigkeit fließt durch die Sonde und erwärmt sich im Untergrund, Abgabe der Erdwärme in das Heizungssystem per Wärmepumpe; abgekühltes Medium fließt zurück
• vorteilhaft einsetzbar da, wo genehmigungsrechtlich keine Bohrungen zulässig sind
• Nachteil: relativ großer Platzbedarf, da bei größeren Anlagen erhebliche gegenseitige Beeinflussung
• Auslegung /Dimensionierung kleiner Anlagen: siehe u. A. VDI 4640; größere Anlagen bedürfen der exakten Dimensionierung (etwa Ermittlung der Untergrundparameter durch TRT, Simulation des Langzeitverhaltens zur Berechnung der Sondenfeld-Geometrie)
• Wasserrechtliches Genehmigungsverfahren

Das Thema der Speicherung im Zusammenhang mit geothermischer Energiegewinnung ist nicht neu. So lassen sich z.B. in Gebäudeeinheiten mit Kühlaufgaben durchaus beachtliche Wärmemengen in den Untergrund einbringen und als sogenannte saisonale Speicherung mit der Entzugsleistung in Heizperioden bilanzieren. Der Energieentzug aus dem Erdreich wird quasi umgekehrt und führt zur Teilregeneration.

Theoretisch sind außer in oberflächennahen Kollektoren und bei Brunnenanlagen (Wärmekonvektion und dadurch kaum Speicherwirkung) alle Varianten von Erdwärmesonden geeignet. Natürlich sind je nach den physikalischen Parametern des Untergrunds (i. W. Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität) der Wärmespeicherung sowohl zeitliche als auch mengenbezogene Grenzen gesetzt.

Von Effizienz sind daher eher saisonale Speichervorgänge. Es lassen sich inzwischen erfolgreich mittelfristige bis langfristige Wärmespeicherungen nachweisen. Von besonderer Bedeutung sind dabei solargestützte Erdwärmesysteme, die im Sommer ungenutzte Solarenergie zur Regeneration des Erdreiches nutzen.