Erdwärmepumpen machen Geothermie vielseitig nutzbar

Das Erdreich stellt eine stabile und zuverlässige Wärmequelle für Wärmepumpen dar, die sich vielseitig für die Beheizung und Warmwasserbereitung in Gebäuden nahezu jeder Größenordnung anzapfen lässt. Mit Geothermie und Wärmepumpen ist zudem eine sehr wirtschaftliche Klimatisierung möglich, da sie je nach Auslegung und Kühlbedarf passiv ohne Einsatz des Wärmepumpenprozesses kühlen können. Weil bei der Nutzung von Erdwärmepumpen keine Geräuschemissionen außerhalb des Gebäudes entstehen, sind sie zudem gut für dicht bebaute Regionen geeignet.

Hersteller wie Ochsner bieten ein breites Sortiment an Wärmepumpen an. Es gibt passende Lösungen für Einfamilien- und Mehrfamilienhäuser ebenso wie für große Büro- und Gewerbebauten, kommunale Einrichtungen, Handelshäuser und Beherbergungsbetriebe, Kliniken und Heime. Hinzu kommen Nutzungen in der Landwirtschaft, etwa zur Beheizung von Ställen, Gewächshäusern oder Fischteichen.

Drei Quellen für Wärme aus der Erde

Geothermie lässt sich grundsätzlich in drei Arten nutzbar machen: mit Tiefensonden, Flachkollektoren und Energiepfählen. Unabhängig von der Wärmequelle, müssen die Bodenbeschaffenheit und Geologie in jedem Fall untersucht werden. Sie beeinflussen die Auslegung und Dimensionierung der Kollektoren. Grundlagen und detaillierte Hinweise hierzu gibt die VDI 4640 „Thermischer Nutzung des Untergrunds“. Für die Planungs- und Installationspraxis sind insbesondere die Blätter 1 und 2 von Bedeutung.

Je nach Region und geologischen Gegebenheiten müssen Genehmigungspflichten beachtet werden, in Deutschland zum Beispiel nach Wasser-, Berg- oder Lagerstättengesetzen. Es empfiehlt sich, auf erfahrene Fachbetriebe wie die Ochsner-Systempartner zurückzugreifen, die die regionalen Voraussetzungen kennen.

Flachkollektoren für kleine bis mittlere Projekte

Für die Verlegung von Erdkollektoren sind große Grundstücksflächen erforderlich. Als Daumenwert geht man davon aus, dass die Kollektorfläche etwa anderthalb- bis zweimal so groß sein muss wie die zu beheizende Fläche im Gebäude. Die genaue Auslegung hängt stark von der Bodenbeschaffenheit ab. Lehmiges feuchtes Erdreich etwa liefert deutlich mehr Wärmeenergie als sandige, trockene Böden. Auch hier ist die VDI 4640 zu beachten.

Erdkollektoren werden wegen des hohen Flächenbedarfs eher bei kleinen und mittleren Gebäudegrößen eingesetzt und sind in dicht bebauten Gebieten oft keine Alternative. Genehmigungen sind hier unkompliziert, da die Verlegung in der Regel auf eigenem Grund und Boden stattfindet und meist nur eine einfache Meldung abgegeben werden muss.

Tiefensonden für höhere Leistungen

Vergleichsweise gering ist der Flächenverbrauch für Tiefenbohrungen. Im Neubau können die Bohrungen unter dem Gebäude angelegt werden, sodass keine zusätzlichen Flächen erforderlich sind. In der Modernisierung oder Sanierung sind die Sonden ebenfalls eine interessante Variante, da sie nur wenig Grundstücksfläche belegen. Für ein typisches Einfamilienhaus mit 120 m² Wohnfläche reicht normalerweise eine Bohrung mit 100 bis 120 m Tiefe aus. Für größere Gebäude sind entsprechend mehr Bohrungen und Tiefensonden vorzusehen.

Die Auslegung kann hier ebenfalls nach VDI 4640 erfolgen. Bei Tiefenbohrungen sind wasserrechtliche und geologische Genehmigungspflichten zu beachten. In bestimmten Regionen wie Trinkwasserschutzzonen oder Heilquellenschutzgebieten sind sie grundsätzlich nicht zulässig.

Pfahlgründungen doppelt nutzen

Energiepfähle sind eine besonders wirtschaftliche Variante für die Nutzung von Geothermie, wenn ein Bauprojekt ohnehin eine Pfahlgründung erforderlich macht. Ein Teil der Gründungen kann als Ortbeton- oder Fertigpfahl, Hohl- oder Presspfahl ausgeführt und an ein Sole/Wasser-Wärmepumpensystem angeschlossen werden. Der Zusatzaufwand ist vergleichsweise gering. Auch hier hängt die Dimensionierung von der Bodenzusammensetzung ab. Der Einsatz von Energiepfählen ist ebenfalls sinnvoll, wenn keine Pfahlgründung benötigt wird. Mit dieser Anwendung kann die Energie aus dem Erdreich mit weniger Bohrungen genutzt werden.

Sole/Wasser-Wärmepumpen für alle Leistungsanforderungen

Um Erdwärme für Gebäude jeder Größenordnung erschließen zu können, ist ein breites Sortiment von Wärmepumpen in unterschiedlichen Leistungsklassen erforderlich. Heizlasten bis 300 kW deckt zum Beispiel die Ochsner-Baureihe „Terra“ ab. Die Geräte sind mit Heizleistungen zwischen 6 und 78 kW verfügbar und lassen sich bis über 300 kW kaskadieren. Für nochmals höhere Leistungsanforderungen ausgelegt sind Industriewärmepumpen wie die „ISWS“-Baureihe der Ochsner Energietechnik. Robuste Schraubenverdichter bieten hier eine besonders lange Lebensdauer, sind zuverlässig im Betrieb und wartungsarm. Mit Heizleistungen von 60 bis 700 kW lassen sie sich genau auf die Projektanforderungen maßschneidern. Über Kaskadierungen sind auch sehr hohe Leistungsansprüche abzudecken. Durch eine Einbindung in die Gebäudeleittechnik können im Prinzip beliebig viele Anlagen kaskadiert werden.

Integrierte Sole-Tower als Quartierslösungen

Tower-Lösungen vereinen Wärmepumpe und Warmwasserspeicher in einem kompakten Gerät mit geringer Stellfläche. Sie eignen sich für die Versorgung eines Einzelhauses, besonders interessant sind sie aber als Quartierslösungen. Hier werden mehrere Tower als Haus-, Etagen- oder Einzelwohnungsstation über eine Soleleitung an entsprechend dimensionierte Tiefensonden angebunden.

Fazit

Geothermie bietet gerade bei größeren Bauwerken gute Möglichkeiten und lässt sich vielseitig nutzen. Welche Erdwärmequelle geeignet ist, ob es günstigere Alternativen wie Grundwasser, Abwärme, Luft oder Abwasser gibt, muss vor allem bei umfangreichen Projekten von ausgewiesenen Fachleuten geprüft werden. Bei größeren Wärmepumpenprojekten kann Ochsner dem Kunden ein hohes Maß an Sicherheit für eine optimale Lösung bieten. Das Unternehmen besitzt langjährige Erfahrungen mit Industriewärmepumpen für hohe Leistungen. Es entwickelt und installiert neben Sole/Wasser-Industriemodellen auch Wärmepumpen für Niedertemperatur, Hoch- und Höchsttemperaturen und kann so die jeweils am besten nutzbare Wärmequelle und Anlage projektieren.

Autor: Bernd Lieber, Bereichs- und Organisationsleiter bei Ochsner Energietechnik

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