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Erdwärmesonde

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  • Dipl.-Geol. Schuster
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  • E-Mail: geothermie@gd.nrw.de

Oberflächennahe Geothermie

Bis in Tiefen von 400 Meter handelt es sich um oberflächennahe Geothermie. Sie ist ganzjährig und unabhängig vom Klima und nahezu überall gewinnbar durch: Erdwärmekollektoren, Erdwärmesonden oder Grundwasserbrunnen.

In den obersten 10 bis 15 Meter des Untergrundes bestimmen atmosphärische Faktoren die Bodentemperatur: Sonneneinstrahlung, der Wärmekontakt zur Luft und versickerndes Regenwasser. Darunter, bis in rund 50 Meter unter der Oberfläche, liegt die Temperatur ziemlich konstant bei etwa 10 °C. Darunter steigt die Temperatur durch den Wärmestrom aus dem Erdinneren im Mittel um 3 °C pro 100 Meter Tiefe an.

Oberflächennahe Erdwärme wird in Einzelanlagen zur Beheizung und Warmwasserversorgung von Ein- und Zweifamilienhäusern genutzt. Mehrere gekoppelte Anlagen eignen sich zur Wärme- und Warmwasserversorgung größerer Gebäudekomplexe.

Das Erdwärmepotenzial bis 100 Meter Tiefe ist in weiten Teilen von Nordrhein-Westfalen gut bis sehr gut. Bereits die niedrigen Temperaturen von 10 bis 12 °C in den oberen Erdschichten sind zum Beheizen oder Klimatisieren von Gebäuden aller Art nutzbar.

Bild zu Geothermie-Portal

Geothermie-Portal NRW

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Förderprogramme und Gesetze

EnergieAgentur.NRW

Erdwärmekollektoren

Grafik zeigt das Prinzip von Erdwärmekollektoren.

Horizontale Erdwärmekollektoren entziehen die im Boden – also in den obersten 2 Metern der Erdschicht – gespeicherte Energie. Die dem Boden entzogene Energie wird vor allem in den Sommermonaten durch die Sonneneinstrahlung und ganzjährig durch die Wärme im Niederschlags- und Sickerwasser nachgeliefert. Damit Sonne und Regen den Energieentzug ausgleichen können, dürfen Erdwärmekollektoren nicht überbaut werden. Eine zusätzliche Versickerung von Niederschlagswasser kann den Flächenbedarf eines Erdwärmekollektors erheblich verringern.

1,00 – 1,50 m; 30 cm unter der örtlichen Frostgrenze

 

Je nach Wärmebedarf, Verbraucherverhalten und Bodenbeschaffenheit unterschiedlich;
überschlägiger Richtwert für die Kollektorfläche: das Doppelte der zu beheizenden Wohnfläche.

 

Wärmetauscherrohre aus Kunststoff

 

flächiges Abtragen und Wiederaufbringen des Erdreichs

 

Erdwärmesonden

Grafik zeigt das Prinzip von Erdwärmesonden.

Am verbreitetsten ist der Einsatz von Erdwärmesonden. Sie beziehen die Wärme größtenteils aus dem Wärmestrom der Erde. Sie sind sowohl als Einzelsonden für Ein- und Zweifamilienhäuser als auch als Sondenfelder für Wohnsiedlungen oder größere Einzelgebäudekomplexe wie Schulen oder Geschäftshäuser einsetzbar.

40 – 150 m

 

Je nach hydrogeologischen und wasserwirtschaftlichen Bedingungen, zum Beispiel bei begrenzter Bohrtiefe, eine oder mehrere vertikale Bohrungen mit einem Bohrdurchmesser von mindestens 150 mm. Abstände der Sonden zur Grundstücksgrenze in der Regel 3 – 5 m und untereinander mindestens 6 m; besser 10 m

 

Wärmetauscherrohre aus Kunststoff

 

Erdbohrungen mittels Bohrgerät; Zufahrt muss vorhanden sein.

 
Erdwärmesonde

Dichtigkeit des Systems Erdwärmesonde

Wie dicht ist "dicht"?

Grafik zum Vortrag: Geothermie in NRW

7. Bochumer Grundwassertag 2016

Vortrag: Geothermie in NRW, PDF (5 MB)

Grundwasserbrunnen

Grafik zeigt das Prinzip von Grundwasserbrunnen zur Erdwärmenutzung

Ist ein geeignetes oberflächennahes Grundwasservorkommen vorhanden, empfiehlt es sich, die Wärme aus dem Grundwasser mittels einer Grundwasser-Wärmepumpenanlage zu nutzen. Vorteilhaft ist dabei die über das Jahr nahezu konstant hohe Temperatur des Grundwassers. Je nach inhaltlicher Zusammensetzung des Grundwassers kann es zu Ablagerungen am Wärmetauscher und Brunnen kommen. Auch Korrosion an metallischen und Beton-Bauteilen ist möglich.

abhängig von den hydrogeologischen und hydraulischen Verhältnissen; beim Ein- und Zweifamilienhaus sind Tiefen bis 30 m wirtschaftlich

 

zwei Brunnen in der Regel mit einem Abstand von 10 – 15 m: einer zur Förderung, einer zur Rückführung des Grundwassers

 

Bohrungen mittels Bohrgerät; entsprechende Zufahrt muss vorhanden sein. Wichtig ist der fachgerechte Brunnenausbau nach den entsprechenden Richtlinien.

 

Wärmespeicherung im Untergrund

Wärmespeicher

Der Einsatz thermischer Untergrundspeicher ist dann sinnvoll, wenn an einem Ort neben einem Energiebedarf auch ein Energieüberschuss besteht, beispielsweise durch industrielle Abwärme oder Solarwärme. Der Energiegewinn liegt hierbei nicht in der Nutzung nachströmender Erdwärme, sondern durch die isolierenden Eigenschaften des Gesteins im Untergrund werden große Energiemengen bis zu mehrere Monate lang gespeichert.

Bei der Speicherung spielen wasserrechtliche Belange eine deutlich größere Rolle als bei einfachen Sonden zum Wärmeentzug. Für eine untertägige Speicherung von Wärme werden offene Grundwasserleiter-Speicher und geschlossene Erdsonden-Speicher unterschieden. Über beide Verfahren lässt sich auch Kälte im Untergrund speichern.

Rechtliche Hinweise

Bei der Planung einer Erdwärmeanlage sind wasser- und bergrechtliche Bestimmungen zu beachten. Ein wasserrechtliches Verfahren ist notwendig, um den Schutz des Grundwassers mit der Nutzung der Erdwärme in Einklang zu bringen. Unter bestimmten Voraussetzungen ist ein bergrechtliches Verfahren notwendig. Denn Erdwärme ist – wie Braun- und Steinkohle – ein Bodenschatz, dessen Aufsuchung, Gewinnung und Nutzung grundsätzlich unter das Bundesberggesetz fällt.

Zuständigkeit Untere Wasserbehörde:

Bei Erdwärmesondenanlagen, die Erdwärme auf demselben Grundstück gewinnen und nutzen, benötigen Hauseigentümerinnen und -eigentümer eine wasserrechtliche Erlaubnis der zuständigen Unteren Wasserbehörde. Diese kann den örtlichen hydrogeologischen Verhältnissen entsprechende Nutzungsauflagen erteilen.

Zuständigkeit Bergbehörde:

Bohrungen, die tiefer als 100 Meter reichen, sind der Bergbehörde vorab anzuzeigen. Die Bergbehörde kann die Erstellung besonderer Planunterlagen fordern.
Für Erdwärmesondenanlagen, bei denen Gewinnung und Nutzung der Erdwärme nicht auf demselben Grundstück stattfinden, benötigen Hauseigentümerinnen und -eigentümer eine bergrechtliche Genehmigung.
Zuständig für das bergrechtliche Genehmigungsverfahren ist die Bezirksregierung Arnsberg, Abteilung 6 – Bergbau und Energie in NRW. Bei diesem Verfahren wird die zuständige Untere Wasserbehörde automatisch beteiligt.

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