Heizen mit Erdwärme
Erdwärme lässt sich unmittelbar zur Beheizung und auch zur Kühlung von Gebäuden einsetzen. Besonders günstig ist der Anschluss an Nahwärmenetze, die aus Erdwärme gespeist werden. In vielen Gemeinden z.B. im Voralpenland versorgen beispielsweise Erdwärme–Heizwerke mehrere Tausend Haushalte mit umweltfreundlicher Wärme. In Neustadt-Glewe und in Unterhaching wird aus Erdwärme neben dieser Heizwärme auch elektrischer Strom erzeugt.
Nutzung von oberflächennaher Erdwärme
Zum Heizen einzelner Wohnhäuser eignen sich erdgekoppelte Wärmepumpen und Erdkollektoren mit einer Leistung von 6 bis 12 Kilowatt. Erdwärmekollektoren werden unterirdisch auf einer Fläche verlegt, die etwas größer ist, als die zu beheizende Fläche. Für Erdwärmesonden wird bis zu 200 Meter tief gebohrt. Hier liegt die Temperatur konstant bei ca. 13 Grad Celsius. Erdwärmesonden und -kollektoren nutzen die im Vergleich zur Außenluft wärmeren Temperaturen um kaltes Wasser zu erwärmen. Eine Wärmepumpe hebt durch Verdichtung eines Arbeitsmittels das Temperaturniveau an bis dieses zum Heizen und zur Warmwasserbereitung ausreicht. Wärmepumpen werden mit Strom betrieben, für den Energieversorger teilweise vergünstigte Tarife anbieten. Generell ist die Arbeitszahl, d.h. das Verhältnis von Strombedarf und Wärmeerzeugung, für die Effizienz von Erdwärmenutzung entscheidend. Damit eine solche Anlage wirtschaftlich und klimafreundlich läuft, sollte die Arbeitszahl bei einem Wert von 3,5 bis über 4 liegen und Ökostrom bezogen werden.
Zentrales Element der Nutzbarmachung oberflächennaher Erdwärme ist die Wärmepumpe. Wärmepumpen nutzen die Wärme im Erdreich und geben sie als Heizenergie an das Haus ab. Um die Heizleistung zu erreichen bedarf es der Anhebung des Temperaturniveaus und damit dem Einsatz von Energie. Mit 25 Prozent zugeführter Energie erhält man 100 Prozent Heizleistung. Die Nachfrage nach Wärmepumpen ist in Europa in den letzten Jahren stark gestiegen. In Deutschland waren 2007 fast 1.500 Megawatt Heizleistung installiert.
Die Erdwärmesonde hat sich als häufigster Anlagentyp durchgesetzt. Erdwärmesonden werden zwischen 50 und 200 Meter senkrecht abgeteuft und liefern ein konstantes Temperaturniveau. In die Bohrungen werden Doppel-U-Rohre aus Kunststoff installiert. Diese sind mit einer Wärmeträgerflüssigkeit, normalerweise Wasser mit einem Frostschutzmittel, gefüllt. Diese Flüssigkeit zirkuliert und nimmt die Wärme aus dem Erdreich auf und transportiert sie zur Wärmepumpe. Mit dieser Methode können nicht nur Einfamilienhäuser, sondern auch Büro-, Gewerbebauten, ganze Wohnanlagen und komplette Wohngebiete versorgt werden.
Erdwärmekollektoren werden horizontal in 80 -160 cm Tiefe verlegt. Sie haben den Nachteil, dass sie von äußeren Witterungseinflüssen abhängig sind. Die Wärmepumpe erhält also im Winter weniger Energie aus der Erde.
Grundwasserwärmepumpen nutzen die Wärme des Grundwassers für die Versorgung der Wärmepumpe. Das entnommene Wasser muss wieder in den Untergrund eingeleitet werden. Es bedarf also eines Förder- und eines Schluckbrunnen. Die Wärmeleistung ist relativ groß und wirtschaftlich.
Bei Energiepfählen und erdberührten Betonbauteilen handelt es sich um statische Notwendigkeiten bei Neubauten. Diese können mit Wärmetauscherrohren ausgerüstet werden und in Verbindung mit einer Wärmepumpe Gebäude wirtschaftlich beheizen und kühlen.
Wärmeerzeugung aus Tiefengeothermie
Mit Hilfe von Bohrungen wird die Energie der Erdwärme erschlossen. In Schichten tiefer als ein Kilometer wird heißes Wasser und Wasserdampf zur Stromerzeugung und für Fernwärmenetze gewonnen.
Für die Wärmenutzung eignen sich im Untergrund Thermalwasservorräte (Aquifere) mit Temperaturen zwischen 40 und 100 Grad C. Diese kommen in Deutschland vor allem im süddeutschen Molassebecken, im Oberrheingraben und in Teilen der norddeutschen Tiefebene vor. Aufgrund des hohen Mineralgehalts des Thermalwassers (2 Gramm pro Liter) werden die Geothermieanlagen im Dublettenbetrieb gefahren. Dabei wird das heiße Wasser aus 1.000 bis 2.500 Metern Tiefe über eine Förderbohrung an die Oberfläche gebracht. Das geförderte Thermalwasser zirkuliert übertägig in einem geschlossenen Kreislauf und wird ausgekühlt über eine zweite Bohrung wieder in den Untergrund geleitet - genau in die Schicht, aus der es entnommen wurde. Der „Primärkreislauf“ des Thermalwassers ist vom „Sekundärkreislauf“, beispielsweise einem Nah- oder Fernwärmenetz, getrennt. Die Wärmeenergie wird mittels eines Wärmetauschers und optional mit einer nachgeschalteten Wärmepumpe in den Sekundärkreislauf abgegeben (siehe Abb.; Vergrößern auf Klick).
Die produzierte Wärme wird für Siedlungen oder Einzelgebäude, für Industrie und Treibhäuser, Fischzucht, landwirtschaftliche Trocknungsprozesse oder für Thermal- oder Hallenbäder genutzt. Durch Mehrfach- oder ‚Kaskadennutzung’ kann eine Effizienzsteigerung erreicht werden. Nutzer, die die höchsten Temperaturen benötigen, werden dabei zuerst versorgt. Eine mögliche Mehrfachnutzung ist beispielsweise: Heizwärme, Gewächshäuser, Fischzucht, Schwimmbadbeheizung.
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