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Abb. 2: Prinzip des saisonalen Speichers / aktive Regeneration
© IGS, Braunschweig

Abb. 3: Wärmeregime im oberflächennahen Untergrund
© LUH, Hannover
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Wärme und Kälte aus dem Erdreich

Das Erdreich zeichnet sich durch seine Wärmespeicherfähigkeit und das relativ konstante Temperaturniveau während des gesamten Jahres aus. Je nach Bodenbeschaffenheit und Gründung des Gebäudes bestehen unterschiedliche Optionen, diese oberflächennahe Erdwärme zum Kühlen bzw. Heizen zu nutzen: entweder allein über Sonden bzw. über in erdberührende Bauteile integrierte Sonden, in denen ein Wärmeträgerfluid zirkuliert, oder direkt über das Grundwasser.

Im Winter wird die Erdwärme mit Hilfe einer Wärmepumpe auf Heiztemperatur angehoben, in den Sommermonaten kann die überschüssige Wärme aus dem Gebäude im freien Umwälzbetrieb ins Erdreich transportiert werden. Je nach Bundesland und zuständiger Behörde unterliegen derartige Anlagen behördlichen Auflagen.

Die gängigsten Erdwärmesysteme sind:

  • Erdsonden: Einzeln oder als ein Feld von Sonden in unmittelbarer Nähe oder unterhalb des Gebäudes mit einer Tiefe zwischen 50 und 150 m.
  • Energiepfähle: In die statisch notwendigen Gründungspfähle des Gebäudes integrierte Sondenrohre. Tiefe zwischen 10 und 30 m. Statisch bedingt in Länge und Anzahl.
  • Bodenabsorber: Horizontale Leitungsschlaufen in oder unterhalb der Bodenplatte ähnlich einer Fußbodenheizung. Wärme übertragende Fläche vorgegeben.
  • Direkte Grundwassernutzung: Förderbrunnen pumpt Grundwasser durch einen Wärmetauscher, „thermisch verwertetes“ Wasser wird über Schluckbrunnen wieder der Grundwasserschicht zugeführt.

Die langfristige Funktionsfähigkeit solcher Systeme setzt eine ausreichend schnelle Regeneration des Erdreichs voraus, also eine Annäherung an die ungestörte Bodentemperatur. Einen natürlichen Beitrag dazu leistet der Grundwasserfluss. Insbesondere bei Speichersystemen ohne Grundwasserfluss ist eine aktive Regeneration durch den Wechsel von Wärmeeintrag im Sommer (Gebäudekühlung) und Wärmeentzug während des Winters (Gebäudebeheizung) notwendig. Reicht die Regeneration nicht aus, verändert sich das Temperaturniveau des Erdreichs so weit, dass die Anlage stark an Effizienz verliert und auch ökologisch bedenklich werden kann.

Projektinfo 07/2010:
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