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Tiefe Erdwärmesonde

Tiefe Erdwärmesonde. Quelle: LLUR

Eine tiefe Erdwärmesonde ist eine Tiefbohrung mit eingehängtem Wärmetauscherrohr, in dem eine Wärmeträgerflüssigkeit (z. B. Wasser) zirkuliert. Das Wasser erhitzt sich an den Außenwänden der Bohrung und wird über ein wärmeisoliertes Innenrohr wieder an die Oberfläche befördert (Koaxialanordnung).

Tiefe Erdwärmesonden sind vertikal geschlossene Wärmetauscher (closed loop), installiert in Bohrungen von mehr als 400 m Tiefe. Sie verwenden eine mit den flachen Erdwärmesonden vergleichbare Technik. In einer tiefen Erdwärmesonde zirkuliert ein Wärmeträgermedium in einem geschlossenen System bis zu Tiefen von ca. 3.000 m. Durch Wärmeleitung aus dem Gestein über die Verrohrung und das Hinterfüllmaterial der Sonde erfolgt die Wärmeübertragung auf das in der Sonde zirkulierende Fluid. Im Ringraum eines Doppelrohrsystems (Koaxialrohr) wird das kalte Fluid mengengeregelt nach unten geleitet.

Bei seiner langsamen Bewegung (5 – 65 m/min) erwärmt sich das Fluid konvektiv und steigt aufgeheizt im isoliert ausgeführten Innenrohr nach oben. Vom Sondenaustritt gelangt das warme Fluid in die oberirdische Nutzungsanlage, wo es auf ca. 15 °C ausgekühlt und mit einer Sondenkreispumpe wieder in den Ringraum zurückgeführt wird. Als Fluid wird häufig Ammoniak eingesetzt. Durch den Wärmeentzug kühlt sich das Umgebungsgestein etwas ab; es entsteht ein vorwiegend horizontaler Temperaturgradient, der das Nachfließen von Wärme aus der weiteren Umgebung zur Folge hat.

Tiefe Erdwärmesonden sind nicht auf gut durchlässige Grundwasserleiter angewiesen und können daher theoretisch nahezu überall installiert werden. Für das Verfahren bieten sich wegen der hohen Investitionskosten bereits vorhandene Tiefbohrungen an. Da tiefe Erdwärmesonden einen geschlossenen Kreislauf besitzen, erfolgt kein Eingriff in Stoffgleichgewichte des Gebirges. Lösungs- oder Fällungsreaktionen, wie sie bei hydrothermalen Systemen oder bei Hot-Dry-Rock-Systemen auftreten können, sind ausgeschlossen.