GRÜNE NAHWÄRME MIT ERDWÄRME
FRAGEN & ANTWORTEN
Was ist eine Regeneration des Erdreichs und wieso ist sie wichtig (sog. Vereisung)?
Wenn ein Gebäude mit einem Erdwärmesondenfeld geheizt wird, entzieht die Sonde dem Erdboden Wärme. Das Problem ist, dass diese Wärme in Abhängigkeit von den erbohrten Bodenschichten in einer definierten Menge den Sonden nur sehr langsam nachfließt. Mittelwerte können aus Tabellen in der VDI-Richtlinie 4640 entnommen werden bzw. werden bei größeren Sondenfeldern anhand einer Pilotbohrung über einen Geothermal Response Test GRT in situ ermittelt. Der Einfluss der Sonne ist auf Tiefen bis 15 m unter Gelände begrenzt. Ein größerer horizontaler Wärme- und Kältetransport erfolgt dann, wenn Grundwasser mit einer nennenswerten Fließgeschwindigkeit vorhanden ist. In Gebieten mit vielen Erdwärmesonden kann dies langfristig zu großen Problemen führen und muss in den Simulationsberechnungen berücksichtigt werden.
Das Heizen eines Gebäudes im Winter kann dem Erdreich langfristig (üblicher Betrachtungszeitraum 20 Jahre) mehr Wärme entziehen als auf natürlichem Wege nachfließen kann. Dies führt dazu, dass der Boden in einem gewissen Radius um die Sonde auskühlt, was die Effizienz der Anlage mindert. Wenn die Erdsonden einen Abstand von 6m zueinander einhalten, stellt dies bei kleineren Anlagen kein großes Problem dar, da sich die Temperatur auf einem gewissen Niveau einpendelt und die Funktion der Anlage auch langfristig nicht gestört wird. Trotzdem kann sich eine Regeneration lohnen, da die Jahresarbeitszahl erhöht wird. Zwingend ist sie nicht unbedingt nötig. Dies sieht allerdings ganz anders aus, wenn größere Sondenfelder dicht beieinander geteuft werden, wie es in Siedlungsgebieten immer öfter der Fall ist. Da in diesem Fall der horizontale Wärmetransport nicht mehr gegeben ist oder gar eine Kältefahne in das Sondenfeld hineinreicht, könnte das Erdreich über die Jahre immer weiter auskühlen bis hin zur Vereisung, so dass die Funktion der Anlage nicht mehr gewährleistet werden kann. Simulationsrechnungen zeigen, dass die Bodentemperatur bei dichter Bebauung nach einigen Jahrzehnten so tief gesunken ist, dass eine Geothermie Anlage nicht mehr wirtschaftlich ist. Besonders problematisch ist dies bei Sonden mit Längen über 200 m. Die Abkühlung des Bodens erfolgt zwar langsamer als bei kurzen Sonden, aber da die Sonneneinstrahlung in großen Tiefen keinen Einfluss mehr hat, ist die langfristige Endtemperatur bedeutend tiefer.
Dieses Problem kann einfach behoben werden, indem man im Sommer simpel gesagt das Erdreich heizt, wodurch die Erdsonden regeneriert werden. Der benötigte Aufwand ist gering und der Nutzen beträchtlich, weshalb eine Regeneration für die DGC Nahwärmenetze obligatorisch ist und in der Planung berücksichtigt wird.
Wie regeneriere ich die Erdsonde nachhaltig?
Das Erdwärmesondenfeld wird im Sommer zur Kühlung des Gebäudes eingesetzt. Dabei muss die Wärmepumpe nicht eingeschaltet sein. Das Wasser in den Heizungsrohren wird einfach direkt über einen Wärmetauscher durch das in den Sonden zirkulierende Wärmeträgermittel gekühlt. Der Vorteil hierbei ist, dass nicht extra eine Klimaanlage installiert werden muss, was zusätzlich Geld und Strom spart. Der Energiebedarf wird allein durch den Stromverbrauch der Umwälzpumpen im Sonden- und Heizkreislauf bestimmt. Falls effiziente Pumpen installiert wurden, ist dieser sehr gering. Die Anlage wird so ausgelegt und betrieben werden, dass sich die mittlere Temperatur des Bodens über die Jahre nicht verändert. Bei Gebäuden die über eine Flächenheizung und -kühlung verfügen, wird im Sommer passiv gekühlt.
Wenn eine bestehende Wärmepumpe durch eine neue effizientere Wärmepumpe mit höherem COP-Wert ersetzt wird, kann es sein, dass das Erdwärmesondenfeld zu klein für die neue Anlage ist, da dann mehr Energie aus dem Erdreich benötigt wird und weniger Strom zum Antrieb der Wärmepumpe. Hierdurch kann es zu einer Vereisung des Sondenfeldes kommen. Ein Wechsel von einer Wärmepumpe die nur heizen kann hin zu einer Wärmepumpe zum heizen und kühlen kann diese Probleme beheben und das Sondenfeld für beliebig lange Zeit voll funktionstüchtig erhalten. Die Nachrüstung einer Regeneration wird in jedem Fall planerisch angedacht werden, um ein eventuelles zu starkes Absinken der Temperatur im Sondenfeld bei Bedarf verhindern zu können. Die DGC Nahwärmenetze berücksichtigen die technische Weiterentwicklung von Wärmpumpen, damit ein späterer Austausch die Effizienz der gesamten Anlage nicht beeinträchtigt.
Grundwasser Limitationen
Bei der oberflächennahen Geothermie werden Solewärmepumpen eingesetzt um die Wärmeenergie aus dem flachen Untergrund zu gewinnen. Im Gegensatz zur tiefengebundenen Geothermie sind die Bohrungen bei der oberflächennahen Geothermie meist weniger tief, was einige spezifische Grundwasserbeschränkungen zur Folge hat. Einige der häufigsten Grundwasserbeschränkungen bei der oberflächennahen Geothermie sind:
Verfügbarkeit von Grundwasser
Die Verfügbarkeit von ausreichend hohen Grundwasserständen mit nennenswerten horizontalen Fließgeschwindigkeiten in der Nähe der Wärmepumpenbohrungen ist ein wichtiger Faktor für die Effizienz der oberflächennahen Geothermie.
Bodenbeschaffenheit
Die Bodenbeschaffenheit definiert die Ergiebigkeit der Wärmeübertragung.
Umweltauswirkungen
Wie bei jeder Art von Geothermie kann auch die oberflächennahen Geothermie Auswirkungen auf die Umwelt haben. Hierzu gehören z.B. die mögliche Beeinträchtigung von Grundwasserströmen sowie Auswirkungen auf die Wasserchemie durch das Wärmeträgermittel bei Leckagen.
Genehmigungen und rechtliche Beschränkungen
Bei der oberflächennahen Geothermie sind wasserrechtliche Genehmigungen einzuhalten und die dort formulierten Vorschriften einzuhalten. Es ist wichtig, diese Grundwasserbeschränkungen bei der Planung und Umsetzung von oberflächennahen Geothermie Projekten sorgfältig zu berücksichtigen, um sicherzustellen, dass sie nachhaltig und umweltfreundlich sind.
Die DGC ermittelt die erforderlichen Entzugswerte konservativ ausschließlich anhand der Bodenbeschaffenheit und Struktur. Somit haben nachhaltige Veränderungen des Grundwasserspiegels keine Auswirkungen auf die Effizienz des gesamten Nahwärmenetzes.
Einschränkung von Wasserrechtlichen Genehmigungen
Wasserrechtliche Genehmigungen können die oberflächennahe Geothermie einschränken, da sie den Umgang mit Wasser und Grundwasser regeln. In vielen Fällen erfordert die oberflächennahe Geothermie den Einsatz von Bohrungen, die durch Grundwasserleiter führen, sowie den Umgang mit großen Mengen an Wasser. Für den Einsatz von oberflächennaher Geothermie müssen daher wasserrechtliche Genehmigungen eingeholt werden, die die Art und Weise des Umgangs mit Wasser und Grundwasser regeln. Diese Genehmigungen können Beschränkungen hinsichtlich der Tiefe und des Durchmessers der Bohrungen, der Auswahl des Wärmeträgermittels und des Materials zur Abdichtung der Bohrlöcher enthalten.
Es ist wichtig zu beachten, dass die Einschränkungen und Anforderungen von wasserrechtlichen Genehmigungen je nach Standort und lokalen Gegebenheiten unterschiedlich sein können. Es empfiehlt sich daher, vor Beginn eines Geothermie Projekts eine DGC-Potenzialstudie zu beauftragen. Diese Studie informiert umfänglich über die geltenden Genehmigungsverfahren und Anforderungen.
Ausweitung von Wasserschutzgebieten
Die Ausweitung von Wasserschutzgebieten kann einen Einfluss auf die oberflächennahe Geothermie haben. Oberflächennahe Geothermie bezieht sich auf die Nutzung von Erdwärme in Tiefen von bis zu 400 Metern, um Gebäude zu beheizen oder zu kühlen. Wenn ein Gebiet als Wasserschutzgebiet ausgewiesen wird, bedeutet dies, dass die Grundwasservorkommen in diesem Gebiet besonders geschützt werden müssen, um eine Verunreinigung zu verhindern. Dies kann dazu führen, dass die Nutzung von oberflächennaher Geothermie in diesem Gebiet eingeschränkt wird oder sogar verboten ist, um das Risiko einer Verunreinigung des Grundwassers zu minimieren. In einigen Fällen kann es jedoch möglich sein, oberflächennahe Geothermie in Wasserschutzgebieten zu nutzen, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Zum Beispiel können geologische und hydrologische Studien durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Geothermieanlage das Grundwasser nicht verunreinigt oder es können biologisch abbaubare Wärmeträgermittel vorgeschrieben werden. Die DGC-Potenzialstudie informiert umfänglich über die lokalen Anforderungen und erforderlichen Studien. Die örtlichen Vorschriften und Richtlinien werden ermittelt, ob und wie die Nutzung von oberflächennaher Geothermie in einem bestimmten Wasserschutzgebiet möglich ist.
Ausweitung von Fauna-Flora-Habitat-Gebieten (FFH-Gebiet)
In der FFH-Richtlinie werden für Deutschland insgesamt 92 Lebensraumtypen und rund 138 Arten und Unterarten von gemeinschaftlichem Interesse aufgelistet, für die ein System vernetzter Schutzgebiete eingerichtet werden muss. Nach der Vogelschutzrichtlinie sind für 110 Arten in Deutschland sowie für weitere, regelmäßig auftretende Zugvogelarten besondere Schutzgebiete auszuweisen. In Deutschland gibt es insgesamt über 4500 FFH-Gebiete und über 740 Vogelschutzgebiete, die sich zum Teil überschneiden. Insgesamt sind 15,5 Prozent der deutschen Landfläche durch sog. „Natura 2000-Schutzgebiete“ abgedeckt.
Naturschutzgebiete und der Ausbau erneuerbarer Energieanlagen (EE-Anlagen) sollten sich nicht ausschließen, sondern in Einklang gebracht werden. EE-Anlagen dienen dem Klimaschutz und damit dem globalen Umweltschutz, ohne den ein lokaler Naturschutz nicht möglich ist. Vogelschutzgebiete haben ohne den Ausbau von EE-Anlagen, die Maßnahmen zum Klimaschutz sind, keine Perspektive auf Fortbestand. Das Artensterben wird in letzter Konsequenz durch den Klimawandel und nicht durch EE-Anlagen verursacht. Bedrohte Arten werden durch den massiven Ausbau von Ökostrom und Ökowärme geschützt, weil das Ausmaß klimaschädlicher Schadstoffemissionen verringert und die Lebensgrundlage aller Arten gesichert wird.
DGC-Nahwärmenetze im Gebäudebestand oder bei Neubauvorhaben sind EE-Anlagen und schränken weder FFH- und oder Vogelschutzgebiete ein. Bebaute als auch geplante Wohn- oder Gewerbegebiete mit einem DGC-Nahwärmenetz auf Grundlage der oberflächennahen Geothermie ermöglichen zudem
Schutzzonen da sich das Sondenfeld unterirdisch befindet. Die oberflächennahe Geothermie (ONG) hat keine negativen Einflüsse auf FFH-Gebiete. Die Ausweitung solcher Gebiete beeinträchtigt nicht die Genehmigung von ONG-Nahwärmenetze.