Erdwärmekollektoren

Schema zur Verwendung einer Erdwärmekollektors

Erdwärmekollektoren sind Wärmetauscher im Boden. Sie bestehen aus horizontal verlaufenden Kunststoffrohren, die mindestens 20cm unterhalb der örtlichen Frostgrenze im Erdreich verlegt werden. Durch das geschlossene Rohrsystem zirkuliert ein Wasser-Glykol-Gemisch als Wärmeträger. Die durch Regen und Sonneneinstrahlung zugeführte Wärmeenergie wird über das Wärmeträgermittel (Sole oder Wasser) dem Untergrund entzogen und der Wärmepumpe im Haus zugeführt. Je nach Platzbedarf, Untergrundbeschaffenheit und hydrogeologischen Verhältnissen können unterschiedliche Erdwärmekollektorsysteme zum Einsatz kommen. So zum Beispiel bieten vertikal eingebrachte Grabenkollektorsysteme eine sehr platzsparende Alternative zu horizontal verlegten Erdwärmekollektoren.

Nutzungsmöglichkeiten Erdwärmekollektoren

Nutzungsmöglichkeiten

Die Nutzungsmöglichkeiten der oberflächennahen Erdwärme mittels Erdwärmekollektoren sind in zwei Hauptkategorien dargestellt. Es werden Regionen aufgezeigt, in denen die Installation von Erdwärmekollektoren nach derzeitigem Kenntnisstand möglich ist, sowie Regionen in denen der Bau voraussichtlich nicht möglich ist. Dazu zählen Wasserschutzgebiete und Gewässer.

Grabbarkeit des Untergrundes

Grabbarkeit des Untergrundes

Die Grabbarkeit des Untergrundes bis etwa 1m Tiefe ist eine wichtige Voraussetzung für die Auslegung von Erdwärmekollektoranlagen. Die Karte liefert eine Aussage über die Durchführbarkeit von Erdarbeiten bis 1m Tiefe. Die Einstufung der Grabbarkeit erfolgt in vier Hauptklassen. Lockersubstrate und tiefgründige Böden sind generell mit hoher Wahrscheinlichkeit grabbar. Regionen mit flacheren Böden oder Schottern sind weitgehend grabbar. Partiell auftretende Festgesteinsbereiche können jedoch die Grabbarkeit einschränken. Standorte mit anstehenden Festgestein ohne Bodenbedeckung sind schlecht zu erschließen und daher für den Bau von Erdwärmekollektoranlagen nicht geeignet (mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht grabbar). In Siedlungsgebieten ist häufig eine Detailuntersuchung vor Ort erforderlich.

Sickerwasserrate

Sickerwasserrate

Die Sickerwasserrate ist die anteilige Menge des Niederschlags, die pro Jahr aus der durchwurzelten Bodenzone in den Untergrund infiltriert.
Das Sickerwasser hat einen wesentlichen Einfluss auf die Regeneration des Wärmehaushaltes eines Bodens und trägt damit zur langfristigen Leistungsfähigkeit einer Erdwärmekollektoranlage bei. Die Karte gibt einen Überblick über die jährliche mittlere Sickerwasserrate an einem Standort.

Wärmeleitfähigkeit Boden

Wärmeleitfähigkeit Boden

Die genaue Kenntnis der Boden- und Substrateigenschaften sowie hydrologischen Verhältnisse an einem Standort erlaubt eine optimierte Dimensionierung von Erdwärmekollektoranlagen. Ein bedeutender Parameter ist hierbei die Wärmeleitfähigkeit in W/(m*K), die das geothermische Potential maßgeblich widerspiegelt. Die Wärmeleitfähigkeit eines Bodens ist vom geologischen Ausgangssubstrat und von den hydrologischen Verhältnissen an einem Standort, wie zum Beispiel oberflächennahes Grundwasser, abhängig. Die am Standort voraussichtlich zu erwartenden mittleren Wärmeleitfähigkeitswerte bis 1,5m Tiefe sind in der geothermischen Potentialkarte – Boden Wärmeleitfähigkeit – zu entnehmen. Der Wertebereich in W/(m*K) erstreckt sich von einer sehr geringen (< 1) bis hin zu einer hohen Wärmeleitfähifkeit (> 1,8 – 2,0).

Hangneigung

Hangneigung

Die Hangneigung ist die maximale Neigung einer Fläche in Richtung des stärksten Gefälles (Neigung der Falllinie). Die Karte gibt eine Einschätzung über das vorliegende Relief einer Region bzw. eines ausgewählten Standortes wieder. Die Hangneigung (in %) liefert somit wichtige Informationen zu den Auslegungsmöglichkeiten von Erdwärmekollektoren. Sehr steile Hänge sind oft von Erosion und Hangrutschungen betroffen, die zum Abtrag des Bodens führen. Häufig steht das Festgestein direkt an der Oberfläche an. In solchen Gebieten ist der Bau von Erdwärmekollektorsystemen häufig eingeschränkt oder eine Installation nicht realisierbar.

Exposition

Exposition

Die Exposition beschreibt die Richtung des Hanggefälles bezüglich der Himmelsrichtung. Sie gibt die Einfallsrichtung der mittäglichen Sonnenstrahlen wieder und hat somit einen maßgeblichen Einfluss auf die Bodentemperatur und auf den Bodenfeuchtegehalt. Die Exposition einer Fläche wirkt sich daher direkt auf die Wärmeenergie aus, die durch das Erdwärmekollektorsystem dem Boden entzogen werden kann. Nach Süden exponierte Hänge sind in der Regel durch intensivere Sonneneinstrahlung und geringere Bodenfeuchtegehalte während der Sommermonate gekennzeichnet. In den Wintermonaten kann die stärkere Sonneneinstrahlung die Schneeschmelze begünstigen und somit zu höheren Feuchtegehalten des Bodens führen. Im Gegensatz dazu sind Nordhänge thermisch benachteiligt. Die geringere Sonneneinstrahlung begünstigt höhere Bodenfeuchtegehalte.