Oberflächennahe Geothermie

Oberflächennahe Geothermie bezeichnet die Nutzung von Erdwärme in geringen Tiefen. Hier ist sowohl der Einfluss der Jahreszeiten als auch der Temperaturdifferenzen von Tag und Nacht zu berücksichtigen. Diese Zone endet ab einer Tiefe von ungefähr 20m. In der Praxis definiert man oberflächennahe Geothermie bis in Tiefen von ca. 300m. Trotz der verschwimmenden thermischen Eigenschaften des Erdreiches in dieser Tiefe, ist die Klassifizierung wegen der technischen Verwandtschaft der Systeme sinnvoll. Im Gegensatz zur oberflächennahen Geothermie betrachtet man Systeme in Tiefen von mehreren Tausend Metern als „tiefe Geothermie“.

Das bekannteste Beispiel für oberflächennahe Geothermie sind Wärmepumpen. Wärmepumpen sind Systeme, die thermische Energiequellen mit sehr geringer Enthalpie noch sinnvoll nutzen können. Sie erfordern allerdings auch einen recht beachtlichen Einsatz von externer Energie für den Betrieb der Pumpen und der Kompressoren. Nicht immer kann diese Energie aus regenerativen Quellen gewonnen werden, weshalb Erdwärmepumpen auch im Fokus der Kritik stehen. Auch ist ihre Leistungszahl besonders in sehr lang anhaltenden kalten Zeiten nicht ideal. Unter dem Strich sprechen jedoch Leistungszahlen von 60% bis 75% eine eindeutige Sprache, die selbst dann Erdwärmepumpen gegenüber Ölheizungen und sogar gegenüber Pellets-Heizungen ökologisch und wirtschaftlich erscheinen lassen, wenn die externe Energie aus dem öffentlichen Stromversorgungsnetz bezogen wird (Standard-Strommix).

Man spricht übrigens bei Wärmepumpen ungern vom Wirkungsgrad und statt dessen nur von der Leistungszahl bzw. den Coefficient of Performance (COP). Diese Zahl drückt aus, wie viel nutzbare Wärmeenergie mit der investierten elektrischen Energie dem Erdreich entzogen werden kann. Die Leistungszahl ist immer größer als 1. Bei Erd-Wärmepumpen werden in der Praxis Werte zwischen 3 und 4 erreicht. Die Definition des Begriffes Wirkungsgrad sieht grundsätzlich Werte kleiner als 1 vor, denn dieser Begriff betrachtet das Verhältnis der nutzbaren Energie zur gesamten dem System zugeführten Energie.

In Verbindung mit einer eigenen Photovoltaikanlage lassen sich diese Werte insbesondere in den "Übergangszeiten" deutlich verbessern, da Wärmeenergie kurzfristig gut speicherbar ist und damit die über den Tag "geerntete" elektrische Energie aus Solarkraft sinnvoll in den Abendstunden in der Form von Wärme eingesetzt werden kann. Die besonders im Herbst und im noch kühlen Frühjahr erzielbaren Erträge reduzieren den Bedarf an Heizenergie aus fossilen Energieträgern erheblich. Nicht zuletzt entkoppelt die Kombination aus eigener Photovoltaik-Anlage und Erdwärmepumpe die Energie für die Beheizung eines Hauses erheblich von den vom Markt gesteuerten Preissteigerungen, die sowohl für Gas-, Öl und Kohle als auch für Pellets und andere Arten von Holzheizungen gelten.

Grundsätzlich müssen die Angaben von Leistungszahlen bei Wärmepumpen allerdings mit Vorsicht interpretiert werden. Es genügt nicht allein, die Datenblätter der Aggregate zu betrachten, denn wie viele kWh thermische Energie des Erdreiches aus einer kWh elektrisch zugeführter Energie nutzbar gemacht werden können, hängt von sehr verschiedenen Faktoren ab. Hier ist u.a. die verwendete Technologie für die Gewinnung der Energie aus dem Erdreich, wie zum Beispiel Erdwärmesonde oder Erdwärmekollektor sowie die Bodenbeschaffenheit zu betrachten. Hinzu kommen bei sehr oberflächennahen Kollektoren auch die Einflüsse des Wetters und der Jahreszeiten. Einen wesentlich gleichmäßigeren Ertrag über die Jahreszeiten liefern in die Tiefe gebohrte Erdwärmesonden oder Grundwasser-Wärmepumpen. Hier gilt es jedoch, die rechtlichen Aspekte vorab zu prüfen.

(rs/12-2015)