Geothermie: Oberflächennahe vs. Tiefengeothermie, Erdwärmekollektoren, Erdsonden nach VDI 4640, Genehmigungspflicht und JAZ-Vorteile.
Geothermie bezeichnet die Nutzung von im Erdreich gespeicherter Wärmeenergie. Unterschieden wird nach Nutzungstiefe und Temperaturniveau:
Im HKLS-Bereich für Wohngebäude ist ausschließlich oberflächennahe Geothermie relevant.
| System | Tiefe | Temperatur | Genehmigung | Investition |
|---|---|---|---|---|
| Erdwärmekollektor (horizontal) | 1,2–1,5 m | 0–8 °C | I. d. R. nicht erforderlich | Niedrig |
| Erdsonde (Doppel-U) | 50–200 m | 8–12 °C | Wasserrechtlich | Mittel |
| Energiepfahl | 10–30 m | 8–12 °C | Bau- + Wasserrecht | Hoch |
| Grundwasserbrunnen | 5–30 m | 10–12 °C | Wasserrechtliche Erlaubnis | Mittel |
Ein Flächenkollektor besteht aus Sole-Leitungen (PE-Rohre), die horizontal ca. 1,2–1,5 m unter der Erdoberfläche verlegt werden. Das System nutzt die gespeicherte Sonnenenergie und Niederschlagswärme im Erdreich.
Planungsgrundlage: VDI 4640 Blatt 2
| Bodenart | Spez. Entzugsleistung | Flächenbedarf pro kW |
|---|---|---|
| Kies, Sand (trocken) | 10–15 W/m² | 8–10 m² |
| Lehm, Ton (feucht) | 25–30 W/m² | 4–5 m² |
| Festgestein | 30–40 W/m² | 3–4 m² |
Einschränkungen: Keine Bebauung über Kollektorfläche, keine tiefwurzelnden Pflanzen, Fläche muss ca. 1,5–2× Wohnfläche betragen.
Erdsonden (Vertikal-Erdwärmetauscher) bestehen aus einem U-förmigen oder Doppel-U-förmigen Kunststoffrohr, das in gebohrte Löcher eingebracht und mit Wärmeleitzemenz (Bentonit) verfüllt wird.
| Sonde | Bohrtiefe | Entzugsleistung | Vorteil |
|---|---|---|---|
| Doppel-U-Sonde | 50–200 m | 30–60 W/m | Standard |
| Koaxialsonde | 50–300 m | 40–80 W/m | Effizienter |
| Hinterfüllsonde | 50–150 m | 25–50 W/m | Einfachere Montage |
Die Erdwärme wird unerschöpflich regeneriert — durch Sonneneinstrahlung, Regenwasser und den geothermischen Wärmefluss aus dem Erdinneren.
Der Temperaturvorteil von Erdsonden gegenüber Luft führt zu deutlich höheren Jahresarbeitszahlen:
| Wärmequelle | Quellentemperatur Winter | JAZ bei VL 35 °C |
|---|---|---|
| Luft (–5 °C) | –5 °C | 3,0–3,5 |
| Erdsonde (konstant) | +8–10 °C | 4,5–5,5 |
| Grundwasser | +10–12 °C | 5,0–6,0 |
Erdsonden sind in allen Bundesländern genehmigungspflichtig (Wasserrechtliche Erlaubnis nach WHG §9):
Zuständige Behörde: Landratsamt / Untere Wasserbehörde
Für ein typisches EFH mit 8 kW Heizlast: 1 Erdsonde mit ca. 100–150 m Tiefe (bei mittlerer Geologie). Alternativ 2 Sonden mit je 70–80 m.
Ja — passive Kühlung (free cooling) durch direkten Wärmetausch mit dem kühlen Erdreich ist möglich und sehr energieeffizient (nur Pumpenenergie). Aktive Kühlung über die Wärmepumpe im Reversibetrieb ist ebenfalls möglich.
Die Investition ist höher (Bohrkosten 5.000–15.000 € für Einfamilienhaus), aber durch die niedrigeren Betriebskosten (höhere JAZ) amortisiert sich die Mehrinvestition in 5–12 Jahren.