Die Geothermie – auch Erdwärme genannt – ist die in Form von Wärme gespeicherte Energie unterhalb der Erdoberfläche. Die Temperatur im Erdinneren nimmt mit der Tiefe stetig zu und wird in natürlich aufgeheizten Thermalwässern vorwiegend zur Regeneration genutzt. Heutzutage wird sie auch für die Gewinnung emissionsfreier Energie verwendet. Als oberflächennahe Geothermie bezeichnet man die genutzte Wärmeenergie aus bis zu 400 Metern Tiefe. Oberflächennahe Erdwärmesysteme benötigen eine Wärmepumpe, um die aus dem Untergrund entzogene Wärme vom niedrigen Quelltemperaturniveau (Erdreichtemperatur) auf ein höheres, zur Gebäudebeheizung nutzbares, Temperaturniveau anzuheben. Weitere umfassende Informationen zu fachlichen und rechtlichen Voraussetzungen für die Einrichtung und den Betrieb der oberflächennahe Geothermie finden Sie oftmal in einem „Leitfaden" des entsprechenden Bundeslandes.

Insgesamt gewinnt die oberflächennahe Geothermie zunehmend an Bedeutung, weil sie im Gegensatz zu den meist anderen erneuerbaren Energieträgern wie Wind, Wasser oder Sonne eine Energieform ist, die unabhängig von Witterung, Tages- und Jahreszeit nahezu ständig zur Verfügung steht. Somit ist die Erdwärmenutzung die zuverlässigste und nachhaltigste Energiequelle.

Vorteile der Erdwärmenutzung:

- Umweltfreundliche und nachhaltige Energiequelle
- Klimaneutrale Wärme- und Kälteversorgung
- Unabhängig von Lieferketten – keine Emissionen -
- Unbegrenzt verfügbar
- Geringer Flächenverbrauch
- Einsparungen der Betriebskosten

Die Erdwärme- und Wärmepumpennutzung wird staatlich durch die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) und der KfW gefördert. Diese Förderprogramme bezuschussen den Austausch alter konventioneller Heizsysteme sowie den Wärmepumpen-Einbau in Neubauten. Beispielsweise werden Erdwärmepumpen in Bestandsgebäuden über das Teilprogram der BEG EM (Bundesförderung für effiziente Gebäude Einzelmaßnahmen) bis zu 35 % gefördert. Wird eine Ölheizung ausgetauscht liegen die Förderungen bei bis zu 45 %. Hinweis: Die Förderprogramme im Überblick werden auf der Webseite des BEGs präsentiert.

Zu den geschlossenen Systemen gehören die Erdwärmesonden und Erdwärmekollektoren, welche auch im Geothermiekataster berechnet und dargestellt werden. Bei einem geschlossenen System wird das Grundwasser in den Wärmekreislauf nur indirekt oder gar nicht einbezogen1 . Im Folgendem werden die zwei geschlossene Systeme aus derm Geothermiekataster betrachtet. Erdwärmesonden werden in vertikalen Bohrungen in die Erdoberfläche verlegt. Die notwendige Sondenlänge ist von der spezifischen Entzugsleistung des Bodens, der Effizienz der Wärmepumpe im Zusammenhang mit den benötigten Vorlauftemperaturen des Heizsystems abhängig. Die übliche Tiefe der Erdwärmesonden geht in Abhängigkeit zum Bergrecht, der geologischen und anlagenbedingten Voraussetzungen meist von 50 m bis zu 160 m.

Erdwärmekollektoren nutzen die im Boden gespeicherte Energie aus solarer Einstrahlung und atmosphärischen Einträgen (Niederschlag). Die Temperaturen sind daher maßgeblich von saisonalen klimatischen Einflüssen geprägt. Im Gegensatz zu den Erdwärmesonden werden die Flächenkollektoren horizontal in der Fläche unterhalb der Einbautiefe von 1 m bis 2 m verlegt und erreichen somit das Grundwasser häufig nicht. Die Rohre werden in sogenannte Rohrkreise in Schleifen oder in Form von Kompaktabsorbermatten verlegt.

Grundvoraussetzung für das Betreiben einer Erdwärmesonde ist die Genehmigungsfähigkeit und das Einhalten der VDI Richtlinie 4640. Bezüglich des nutzungsrelevanten thermischen Einflusses sollten Erdwärmesonden einen Mindestabstand von 5 m untereinander bzw. der Mindestabstand der Sonden zwischen Grundstücksgrenzen (hier Flurstücksgrenzen) von 5 m Entfernung haben. Auch rund um eine Gebäudegeometrie mit einem Puffer von 2 m ist keine Platzierung der Erdwärmesonde erlaubt.

Grundsätzlich kann die Erdwärme- und Wärmepumpennutzung mit einer Photovoltaik- und auch mit einer Solarthermieanlage kombiniert werden. Ist genug Dachfläche vorhanden, stellt solch ein Hybridsystem eine besonders klimafreundliche und langfristige nachhaltige Lösung dar. Der produzierte Solarstrom kann dann für den Betrieb der Wärmepumpe genutzt werden. Damit der Strom für den Betrieb der Wärmpumpe ausreicht, ist die Kombination mit einem Solarstromspeicher eine Option. Die Kombination einer Wärmepumpe und Solarthermieanlage bietet eine weitere Energiequelle für die Beheizung und zur Warmwasserbereitung. Dabei kann Solarthermie direkt, ebenfalls zum Heizen und für die Warmwasseraufbereitung, oder indirekt, zur Steigerung der Effizienz der Wärmepumpe, eingesetzt werden. Hinweis: Hybridsysteme sind komplexe Energiesysteme aus verschiedenen Komponenten, welche für eine energieeffiziente Funktionsweise aufeinander abgestimmt und eingestellt sein sollten.

Im Vergleich zu den Investitionskosten einer konventionellen Heizung ist die Erschließung der Erdwärme plus der zusätzlichen Anschaffungskosten der Wärmepumpe teurer. Langfristig sind die Betriebskosten allerdings geringer. Auch aufgrund der stetig steigenden Energiekosten der konventionellen Energieträger verkürzt sich der Zeitraum der Amortisierung. Zusätzlich sind die staatlichen Fördermöglichkeiten zu berücksichtigen, die diese Kosten reduzieren.

Mit Oberflächennahen Geothermieanlagen können Gebäude oder technische Bauwerke beheizt und/oder gekühlt werden. Im Bereich der Kälteerzeugung kommt prinzipiell die thermische Nutzung des Untergrunds als Wärmesenke und als Wärmespeicher in Frage. Bei einem direkten System wird der Untergrund direkt und somit ohne Kältemaschine als Wärmesenke genutzt. Im Gegensatz dazu wird bei einem indirekten System, der Untergrund als Wärmesenke für die Kältemaschine (z. B. Wärmepumpe) verwendet. In der Regel ist auch eine Kombination beider Verfahren umsetzbar, bei dem anfangs der Untergrund direkt genutzt wird und wenn die Temperatur im Untergrund den Grenzwert überschreitet die Kältemaschine zugeschaltet wird. Besonders Erdwärmesonden sind zum Kühlen geeignet. Bei einer Kühlung über Erdwärmesonden und einer umschaltbaren Wärmepumpe wird der Untergrund zusätzlich im Winter als Wärmequelle zum Heizen genutzt und der Boden für die sommerliche Kühlung wieder „aufgeladen“!