Geothermie

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Der höchste Energieverbrauch in einem Haushalt geht von einem Wärmebedarf von über 85 % aus. Somit wird die Nutzung der oberflächennahe Geothermie immer interessanter. Die Vorteile liegen klar auf der Hand:

  • unabhängige Energienutzung,

  • an jedem Standort verfügbar,

  • und eine unerschöpfliche und kostenfreie Ressource.

Auch für Mehrfamilien-Häuser und industrielle Gebäude wird mittlerweile der Wärmebedarf zunehmend über die oberflächennahen Geothermie abgedeckt.

Wärmeleitfähigkeit des Untergrundes

Ähnlich wie ein Kühlschrank, wird die für die Wärmepumpe benötigte Umweltenergie aus der Umgebung aufgenommen und mittels Kompressor in die gewünschte Temperatur umgewandelt. Im Falle des Kühlschranks ist die Umweltenergie die Raumtemperatur. Bei der Erdwärmeanlage handelt es sich je nach Nutzung um die Außentemperatur oder der Temperatur des Untergrundes bzw. des Grundwassers.

Die Effizienz der Energiegewinnung aus dem Untergrund wird durch die Wärmeleitfähigkeit in Verbindung mit der vorhandenen Wärmemenge bestimmt. In der Luft findet ein Austausch von warmer und kalter Luft relativ schnell statt. Jedoch sind die Außentemperaturen abhängig von den jeweiligen Wetterbedingungen. Im Untergrund herrschen konstante Umgebungsbedingungen und damit auch konstante Temperaturen.

Der Austausch der Wärme ist abhängig vom dem am Standort befindlichen Gestein. Bei einem trockenen Sand mit viel Luft in den Poren liegt die Wärmeleitfähigkeit zwischen 0,3 und 0,8 W/mK. Bei dem gleichen Sand mit einem wassergesättigten Porenraum liegt die Wärmeleitfähigkeit dagegen um ein sechsfaches höher, nämlich zwischen 1,7 und 5,0 W/mK (Quelle: VDI 4640-1:20120; VDI 4640-4:2004). Daher ist die Kenntnis der Untergrundbeschaffenheit ausschlaggebend für die effiziente Nutzung der Erdwärme.

Erdwärmeanlage zur Kühlung

Die oberflächennahe Geothermie wird auch in Verbindung mit Photovoltaik genutzt, die den Strom für das Betreiben der Geothermieanlage erzeugt. Die Solarzellen erreichen die höchste Effizienz bei einer hohen Sonneneinstrahlung und bei niedrigen Temperaturen. Durch eine zusätzliche Nutzung der Erdwärme bzw. Erdkühle kann eine Leistungssteigerung und damit ein Stromgewinn von bis zu 30% erzielt werden. Die Wärme, die in kalten Jahreszeiten aus dem Erdinneren entnommen wird, kann somit im Sommer auch wieder in die Quelle eingespeist werden.

Bivalente Systeme

Bei bivalente Systeme wird die Geothermie in Verbindung mit weiteren Energiequellen genutzt, zum Beispiel einer Pellets-Anlage oder einer Kraft-Wärme-Kopplung. Es kann somit eine Grundlast von 80% des Wärmebedarfs, die über die meiste Zeit im Jahr benötigt wird, durch eine Erdwärmeanlage getragen werden. Bei den Spitzenlasten etwa 20%, also an Wochen und Monaten an den die Temperaturen unter beispielsweise 0°C bis -30°C fallen, schaltet sich das zweite System ein. Vorteile eines solchen Anlagenaufbaus ist eine kleinere Auslegung der Wärmepumpe und damit geringerer Kosten.

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