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Geothermie - Nutzung der Wärme aus dem Untergrund

Erdwärme (Geothermie) bezeichnet die in der Erde vorhandene Wärmeenergie. Je tiefer man in die Erde vordringt, desto wärmer wird es. Die obersten 10 bis 15 m sind noch durch jahreszeitliche Temperaturschwankungen geprägt. Versickerndes Regenwasser bringt sozusagen die Sonnenenergie in den Untergrund. Darunter sind die Temperaturen das ganze Jahr über nahezu konstant und nimmt mit zunehmender Tiefe um etwa 3 °C pro 100 m zu.

Mit Hilfe von Wärmepumpen können bereits diese relativ geringen Temperaturen für eine Wärmeversorgung genutzt werden. Daneben können sie im Sommer auch zur Kühlung genutzt werden. Die thermische Nutzung des Untergrundes bis 400 m Tiefe nennt man Oberflächennahen Geothermie.

In Lohmar, Much und Ruppichteroth hat die Geothermie noch ein erhebliches Ausbaupotenzial. Die geologisch-hydrogeologischen Voraussetzungen sind sehr günstig aufgrund des felsigen Untergrundes (Wechsellagerung Sandstein/Tonstein). Mit Entzugsleistungen von ca. 55 W/m können Erdwärmesonden sehr effizient und wirtschaftlich errichtet werden.

Unterschiedliche Systeme und Einsatzmöglichkeiten

Auf welche Art man dem Untergrund die vorhandene Wärme entzieht, hängt von den konkreten Standortbedingungen ab. Wesentliche Kriterien sind die hydrogeologischen Verhältnissen, die wasserwirtschaftlichen Vorgaben, das oberirdischen Platzangebot und die Bedürfnisse der Anwender.

Grundsätzlich eignet sich die Oberflächennahe Geothermie für Ein- und Mehrfamilienhäuser, Büro- und Verwaltungsgebäude, öffentliche Gebäude wie Schulen, Krankenhäuser, Museen und Schwimmbäder, für Gewerbebetriebe und deren Werks- und Montagehallen sowie für ganze Wohnsiedlungen. Mit Hilfe einer Wärmepumpe kann das Gebäude im Winter beheizt und im Sommer gekühlt werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Heizungsanlagen (Gas, Öl) können sich die Heizkosten um bis zu 50 % reduzieren.

Grundwasser-Wärmepumpe:

Bei der thermischen Nutzung von Grundwasserbrunnen handelt es sich um ein sog. offenes System. D.h. die Wärme wird dem Grundwasser direkt entzogen indem das Grundwasser aus einem Förderbrunnen entnommen und dessen Wärmeenergie direkt von einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe genutzt. Anschließend wird das entwärmte Grundwasser über einen sog. Schluckbrunnen wieder in den Untergrund zurückgeführt.

Die Errichtung solcher Anlagen ist ab einem Wärmebedarf von ca. 35 kW wirtschaftlich sinnvoll. Aufgrund der vergleichsweise hohen Wärmeleistung sind sie dann jedoch sehr günstig.

Eine solche Nutzung bedingt jedoch einen geeigneten, günstigen Standort unter hydrogeologischen und genehmigungsrechtlichen Gesichtspunkten.

Vorteil solcher geothermischer Brunnenanlagen ist ein deutlich höherer Wirkungsgrad gegenüber den geschlossenen Systemen. Die hohe nutzbare Temperatur des Grundwassers bleibt übers Jahr nahezu konstant.

Nachteilig ist die aufwändigere Vorerkundung des Standortes (Prüfung der Standortsituation im Hinblick auf Chemie, Hydraulik und Temperaturausbreitung im Grundwasserleiter) sowie das etwas aufwändigere Genehmigungsverfahren.

Die Investitionskosten für zwei Brunnen inkl. Förderpumpe betragen je nach Tiefe und Untergrundbeschaffenheit beim Ein- oder Mehrfamilienhaus etwa 3.000 – 9.000 Euro.

In Lohmar, Much und Ruppichteroth wurden in den Jahren 2000 bis 2015 insgesamt 5 Anlagen zur thermischen Grundwassernutzung errichtet.

Erdwärmesonden

Eine Erdwärmesonde (EWS) ist ein geschlossenes U-förmiges Rohrsystem das vertikal in ein Bohrloch in den Untergrund eingebracht wird und dem Untergrund Wärme entzieht. Die meisten bestehenden Erdwärmesonden haben Tiefen von einigen zehner Metern bis etwa 100 m, da ab Tiefen über 100 m ein bergrechtliches Genehmigungsverfahren notwendig wird. Aber auch sog. Tiefe Erdwärmesonden (TEWS) mit mehreren hundert bis über tausend Metern wurden bereits in Betrieb genommen. Aufgrund der ganzjährig konstanten Temperaturen im Untergrund sind EWS gänzlich unabhängig von jahreszeitlichen Temperaturschwankungen.

Die Entzugsleistung einer Erdwärmesonde liegt in der Region Lohmar, Much und Ruppichteroth bei ca. 55 W/m. 

Vorteil einer Erdwärmesonden-Anlage ist neben dem geringen Platzbedarf und der ganzjährigen Verfügbarkeit ihre lange Lebensdauer von 50 bis 100 Jahren und ein hervorragender Wirkungsgrad.
Nachteilig hingegen sind die hohen Erschließungskosten durch die Errichtung der Bohrung bzw. der Bohrungen (bis 20.000,- Euro für die gesamte Anlage je nach Standortbedingungen).

Erdwärmesonden können (ebenso wie Kollektor-Anlagen) in Wasserschutzgebieten der Schutzzone II b und III ohne Probleme zugelassen werden.

In Lohmar, Much und Ruppichteroth wurden in den Jahren 2000 bis 2015 insgesamt 314 Erdwärmesondenanlagen errichtet. In der Naturschule Aggerbogen in Lohmar ist bereits seit den 90er Jahren eine Erdwärmesonde in Betrieb.

Erdwärmekollektoren

Erdwärmekollektoren nutzen die von Regen ins Erdreich eingebrachte Sonnenenergie durch ein geschlossenes Rohrsystem. Dafür werden Rohrleitungen (meist Kunststoffe) mäanderförmig im Abstand von 0,5 bis 0,8 m horizontal im Erdreich verlegt. Trotz der relativ geringen Tiefen (üblicherweise 80 bis 160 cm Tiefe jedoch mindestens 20 cm unterhalb der örtlichen Frostgrenze) sind sie ganzjährig nutzbar. Ihre Leistung variiert in Abhängigkeit der Beschaffenheit des Untergrundes zwischen 10 W/m² und 35 W/m². Je feuchter der Untergrund, desto besser ist die Wärmeübertragung. Wärmeträger ist ein Wasser-Glykol-Gemisch.

Vorteil von Erdwärmekollektoren ist die einfache und damit kostengünstigere Erschließung der Wärmequelle bei Neubauten bzw. bei Verlegung auf Freiflächen.
Nachteilig ist, dass diese Anlagen jahreszeitlichen Schwankungen unterliegen. So kann dem Untergrund gerade im Winter am wenigsten Energie entzogen werden. Außerdem haben diese Anlagen einen relativ große Flächenbedarf (im Mittel etwa das Doppelte der zu beheizenden Fläche). Die Fläche sollte auch nicht überbaut werden, da sonst keine Wärmezufuhr durch das Regenwasser mehr möglich ist. Im Vergleich zu Erdwärmesonden haben Kollektoranlagen einen geringeren Wirkungsgrad.

Ist nicht genug Platz vorhanden und eine Sondenbohrung nicht möglich kann auf Spiralkollektoren (sog. Erdwärmekörbe) ausgewichen werden.

Erdkollektoranlagen können (ebenso wie Sonden-Anlagen) in Wasserschutzgebieten Schutzzone II b und III ohne Probleme zugelassen werden.

In Lohmar, Much und Ruppichteroth wurden in den Jahren 2000 bis 2015 insgesamt 15 Erdwärmekollektoranlagen errichtet.

Erdberührte Betonbauteile (Energiepfähle)

Eine sehr interessante Option ist die Nutzung der Oberflächennahen Geothermie bei großen Büro- oder Gewerbegebäuden, da hier häufig große Heiz- und Kühllasten anfallen, die so kostengünstig gedeckt werden können. Die zahlreichen erdberührten Betonbauteile wie Fundamentplatten und Gründungspfähle können als Wärmetauscher genutzt werden. Vorteil dieser Nutzungsart ist, dass nur Bauteile herangezogen werden, die sowieso errichtet werden müssen. Der Mehraufwand ist verhältnismäßig gering.

Fördermittel

Fördermittel

Der Neubau von Erdwärmesonden und Grundwasser-Anlagen wird seit April 2015 wieder von der bafa gefördert:

Im Gebäudebestand:
Sole-Wärmepumpe mit Erdsondenbohrung: 150 € je kW, mindestens jedoch 6.750,- €
Sonstige Erdwärme-/Grundwasser-Wärmepumpe: 150 € je kW, mindestens jedoch 6.000,- €

Im Neubau:
Sole-Wärmepumpe mit Erdsondenbohrung: 100 € je kW, mindestens jedoch 4.500,- €
Sonstige Erdwärme-/Grundwasser-Wärmepumpe: 100 € je kW, mindestens jedoch 4.000,- €

Erfahrungsgemäß haben sich die Anschaffungskosten für eine Erdwärme-Anlage durch die Einsparungen an den Energiekosten nach 9 bis 10 Jahren amortisiert.

Weitere nützliche und Informative Links zum Thema Geothermie

Lohnt sich die Nutzung der Erdwärme auf Ihrem Grundstück?

Interaktive Potenzialkarte für Geothermie und andere Erneuerbare Energien im Rhein-Sieg-Kreis (und vieles mehr).
http://www.energieregion-rhein-sieg.de/

Standortcheck Geothermie in NRW

Mit Hilfe des Standortchecks erhalten Sie eine erste grundstücksbezogenen Beurteilung zur Eignung Ihres Grundstücks für die Nutzung von Erdwärmesonden bis 100 m und Erdwärmekollektoren bis 2 m Tiefe. Sie erhalten kostenfrei Informationen zum geothermischen Potenzial, zu Wasserschutzgebieten, zu Bereichen, die aus hydrogeologischer Sicht ungünstig sind sowie zum notwendigen Genehmigungsverfahren.

http://www.geothermie.nrw.de/


Potenzialstudie Geothermie in NRW

In der Potenzialstudie Geothermie wurden die wärmetechnischen Potenziale der oberflächennahen Geothermie (bis 100 m Bohrtiefe) berechnet.

Fazit der Studie ist, dass mehr als die Hälfte des Wärmebedarfs der Gebäude über die oberflächennahe Geothermie mittels Erdwärmesonden abgedeckt werden kann.

Die Potenzialstudie Geothermie steht seit April 2015 als "LANUV-Fachbericht 40: Potenzialstudie Erneuerbare Energien, Teil 4: Geothermie" zum Download zur Verfügung.


Geologischer Dienst NRW

Die Service- und Informationsseiten des Geologischen Dienstes NRW enthalten umfassende Informationen und weiterführende Links zum Thema Geothermie.

http://www.gd.nrw.de/ew_start.htm


Bundesverband Geothermie - Geothermische Vereinigung e.V. -

Hier finden Sie fast alles über Geothermie: aktuelle Nachrichten, umfassende Informationen, Firmenverzeichnis, Gesetze und Verordungen und vieles mehr.

http://www.geothermie.de/


Lokale Kompetenz (Lohmar)

Die Firma Geothermica Ingenieurbohr- und Planungsges.mbH ist die erste Firma im Rhein-Sieg-Kreis, die sich mit der Planung und gleichzeitig Ausführung in Erdwärmeanlagen beschäftigt. Sie greift auf einen Fachfirmenpool zurück und koordiniert diesen für den Endverbraucher. Dieses hat den Vorteil, dass Sie sich nicht um die einzelnen Schritte für die Erstellung einer Erdwärmeanlage kümmern müssen.

http://www.geothermica-gmbh.de/