Heizen und Kühlen mit dem Untergrund
8. Februar 2013
Im Untergrund steckt viel Energie: In der Erdkruste steigt die Temperatur im Durchschnitt alle 100 Meter um drei Grad an. Und damit eröffnen sich vielfältige Nutzungsmöglichkeiten, die in Deutschland im Zuge der Energiewende immer stärker ins Bewusstsein rücken. Aber auch international bietet die Erdwärme große Potenziale: Das viel beachtete globale Zukunftsszenario vom Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR), im Auftrag von Greenpeace erstellt, beziffert das technische Potenzial der Geothermie auf ein Vielfaches des aktuellen Weltenergieverbrauchs.
Warme und kühle Luft für Gebäude
Ohne viel Aufwand kann die Wärme und Kälte der Erde genutzt werden. Schon wenige Meter unter der Erdoberfläche herrscht eine fast konstante Temperatur, die etwa der Jahresmitteltemperatur am jeweiligen Standort entspricht - das sind in Deutschland etwa sechs bis zehn Grad Celsius. Damit ergibt sich eine technisch einfache Möglichkeit der Gewinnung von Wärme im Winter und Kälte im Sommer: Die Frischluft für Gebäude durchströmt zuvor Rohre, die in der Erde verlegt sind. Die Luft wird dann von der Erde im Winter vorgewärmt und im Sommer gekühlt.
Solche Konzepte werden in modernen Bürogebäuden bereits seit Jahren genutzt, weil sie in den gemäßigten Klimazonen oft schon für die sommerliche Klimatisierung ausreichen. So wird zum Beispiel die Außenluft vor dem Eintritt in die Räume des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg durch Kunststoffrohre geleitet, die sechs Meter tief im Boden vergraben liegen.
Energie aus der Tiefe für Strom und Heizung
Bei der Erdwärmenutzung gibt es zwei Varianten, die Nutzung der Erdwärme aus der Erdoberfläche und aus der Tiefe. In Deutschland wird bei der sogenannten Tiefengeothermie die Erdwärme unterhalb von 400 Metern genutzt. Mit Temperaturen von über 100 Grad werden damit Gebäude direkt beheizt oder auch Strom erzeugt.
Allerdings brauchen solche Wärmepumpen meist Strom. Kombiniert mit einer effizienten Fußbodenheizung erreichen sie eine sogenannte Arbeitszahl, die für die Beschreibung der Energieeffizienz von Wärmepumpen verwendet wird, zwischen drei und vier. Das heißt: Bei Einsatz einer Kilowattstunde Strom können drei bis vier Kilowattstunden Wärme erzeugt werden.
Heizen mit der Energie aus der Oberfläche
Im Gegensatz zur Tiefengeothermie reicht bei der oberflächennahen Erdwärme die Temperatur für eine direkte Gebäudeheizung meist nicht aus. Zur Erhöhung der Temperatur wird daher eine Wärmepumpe benötigt. In Deutschland werden so inzwischen mehr als 200.000 Gebäude beheizt, jährlich kommen derzeit über 20.000 Gebäude pro Jahr dazu.
Die Wärmepumpe arbeitet ähnlich wie ein Kühlschrank, der den Innenraum abkühlt und auf der Rückseite warm wird. Entsprechend ähnlich wird dem Erdreich mithilfe von Wasserrohren ein Teil seiner Wärme entzogen, während gleichzeitig das Wasser für die Raumheizung - vergleichbar mit der Rückseite von Kühlschränken - erwärmt wird.
Allerdings brauchen solche Wärmepumpen meist Strom. Kombiniert mit einer effizienten Fußbodenheizung erreichen sie eine sogenannte Arbeitszahl zwischen drei und vier. Das heißt: Bei Einsatz einer Kilowattstunde Strom können drei bis vier Kilowattstunden Wärme erzeugt werden.
Gebäude mit Abwasser heizen
Die Wärme kann aber auch dem relativ warmen Abwasser in der Kanalisation entzogen werden. "Diese Energiegewinnung ist für die Gebäudeheizung rentabel, vor allem wenn man die steigenden Energiepreise kalkuliert", erklärt Olaf Westerhoff, Energieexperte der Stadtwerke Konstanz, im DW-Interview.
Die Stadtwerke Konstanz bauten einen 90 Meter langen Wärmetauscher in einen Abwasserkanal ein und beheizen damit drei neue Mehrfamilienhäuser. Auf diese Weise will der Energieversorger dem Abwasser 900.000 Kilowattstunden Wärme pro Jahr entziehen, das entspricht etwa dem Energiegehalt von 90.000 Litern Heizöl.
Nach Angaben von Westerhoff rechnet sich die Abwassernutzung vor allem aber in großen Städten und in der Nähe von Industriebetrieben mit warmen Abwässern. In Berlin, München, Paris, Dijon und Kopenhagen arbeiten bereits solche Anlagen im Untergrund, und für andere europäische Städte sind weitere geplant.