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Oberflächennahe Geothermie

Varianten der Oberflächennahen Geothermie. Quelle: AEE
Oberflächennahes geothermishes Potenzial in München. Quelle; TU München
EU shallow geothermal energy leage. Quelle: GeiPLASMA

Nach VDI 4640 ist geothermische Energie die in Form von Wärme gespeicherte Energie unterhalb der Oberfläche der festen Erde.  

Die Oberflächennahe Geothermie nutzt diese durch Bohrungen bis ca. 400 Meter Tiefe und Temperaturen bis 25°C für das Beheizen und Kühlen von Gebäuden, technischen Anlagen oder Infrastruktureinrichtungen.

Die Wärmequelle kann gespeist bzw. erneuert werden durch

  • den natürlichen vertikalen Wärmestrom von unten
  • laterale Wärmeströme von der Seite
  • Grundwasserströmung
  • einen Wärmeeintrag durch die Erdoberfläche zusammen mit einem zeitlich negativen Temperaturgradienten (Temperaturabnahme mit der Tiefe). Der Eintrag kann durch Strahlung oder durch Wärmeaustausch durch die Oberfläche erfolgen.
  • Regen mit Temperaturen oberhalb der Untergrundtemperatur
  • erwärmte geerdete Bauteile (Keller, Gründungen)
  • Einspeisung mittels Erdwärmesonden (Regeneration, saisonale Speicher)
  • Sonstiges

Diese permanenten Einspeisungen machen Oberflächennahe Geothermie zu einer Erneuerbaren Energie.

Zur Gewinnung wird ein unterirdischer Wärmetauscher eingesetzt, in dem das Temperaturniveau abgesenkt wird, sodass die Wärme aus der Gesteins-Umgebung zum Wärmetauscher fließt (Temperaturtrichter). Eine Sonderform sind hier Grundwasserbrunnen, in denen durch das Pumpen eine Druckabsenkung (Drucktrichter) entsteht, sodass das Wasser zur Bohrung fließt.

Das bedeutet, Wasser oder eine Wärmeträgerflüssigkeit zirkuliert in einem geschlossenen Rohrsystem (Erdwärmesonde oder Kollektor, Ausnahme: Grundwasserbrunnen) im Untergrund und nimmt die Wärme aus dem Boden auf. Diese Wärme wird an der Oberfläche an die Wärmepumpe abgegeben und durch sie auf das zum Heizen notwendige Temperaturniveau angehoben. Bei offenen Systemen wird in einem flachen Brunnen die Wärme zusammen mit Wasser entnommen und dann nach Abkühlung wieder an den Untergrund zurückgegeben. Hierzu ist im Förderbrunnen eine Druckabsenkung nötig, die durch eine Förderpume realisiert wird (Drucktricher).

Der Untergrund kann aber ebenso direkt als Quelle für Klimakälte genutzt werden, was eine aufwendige Kälteerzeugung in Klimaanlagen spart (natural cooling).

Typische Systeme der Oberflächennahen Geothermie sind

Derzeit (2015) sind in Deutschland rund 400.000 oberflächennahe Geothermieanlagen in Betrieb und jedes Jahr kommen zahlreiche hinzu (Neuinstallationen 2018: 22.000 Anlagen).

Die Funktionsweise dieser Anlagen erklärt anschaulich auch diese Animation der Agentur für Erneuerbare Energien

Literatur

VDI 4640

Weitere Literatur unter Literaturdatenbank und/oder Konferenzdatenbank unter 'obeflächennah', 'near surface' oder 'shallow'.