Nutzungsarten

Bei der Erschließung der oberflächennahen Erdwärme finden am häufigsten Erdwärmesonden Anwendung. Hierbei werden in Bohrungen von meist 25 bis 100 m Tiefe Rohre (Sonden) verlegt, in denen ein Wärmeträger zirkuliert, der auch als Sole bezeichnet wird.

Erdwärmekollektoren funktionieren grundsätzlich nach dem gleichen Prinzip wie die Erdwärmesonden und bestehen aus den gleichen Materialien. Im Unterschied dazu werden aber die Rohre, in denen die Sole zirkuliert, horizontal im Erdreich verlegt. Zum Schutz vor Gefrieren werden sie 20 cm unterhalb der örtlichen Frostgrenze eingebracht, das heißt in der Regel in einer Tiefe von 1,00 bis 1,50 m.

Bei der Grundwassernutzung entfällt die in Rohren zirkulierende Sole als Wärmeträger, hier wird das Grundwasser direkt genutzt. Über einen Förderbrunnen wird Grundwasser erschlossen und meist durch eine Unterwasserpumpe direkt zur Wärmepumpe geleitet. Hier wird dem Grundwasser die Wärme entzogen und es erfolgt die für den Heizkreislauf notwendige Anhebung des Temperaturniveaus. Das abgekühlte Grundwasser wird über einen Schluckbrunnen in den Grundwasserleiter zurückgeführt.

Die Wärmepumpe ist für die Nutzung oberflächennaher Geothermie unabdingbar. Nur durch eine Wärmepumpe können die relativ niedrigen Quelltemperaturen von 8 bis 12°C zum Heizen und zur Warmwasserbereitung genutzt werden. Meist werden elektrisch betriebene Kompressionswärmepumpen verwendet. Diese arbeiten nach dem umgekehrten Kühlschrankprinzip. In einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert ein Kältemittel. Dies ist eine Flüssigkeit, die schon bei sehr geringen Temperaturen verdampft (z. B. Propan). Das Kältemittel nimmt im Verdampfer die Wärmeenergie der Sole bzw. des Grundwassers auf und verdampft. Ein Kompressor verdichtet das Gas unter Verbrauch von mechanischer bzw. elektrischer Energie, wodurch es zu Heißgas erhitzt wird. Im Verflüssiger, der zum Beispiel vom noch kalten Heizstrom umspült wird, gibt das Heißgas Wärme ab, wodurch das Heizwasser erwärmt wird. Dadurch verflüssigt sich das Kältemittel (Heißgas) wieder. Ein Expansionsventil sorgt anschließend für eine Druckminderung und damit für eine starke Abkühlung des Kältemittels, der Kreislauf beginnt von vorn.