Geothermie Planung mit Visualisierung der Erdbohrungen

Kompetenzen – Geothermie

Geothermie-Planung im Wohnungs- & Gewerbebau

Zu einer zeitgemäßen und nachhaltigen Bauplanung von Wohnanlagen, Büro- oder Gewerbebauten gehört für uns, ein ganzheitliches Energiekonzept. Geothermie als ökologische und ökonomische Lösung zum Heizen, für die Warmwassererzeugung, aber auch für die Gebäudekühlung kann ein sinnvoller Baustein dieser Konzepte sein. Ihr Potential bleibt an vielen Stellen in Hamburg leider noch viel zu oft ungenutzt.

Die mittels Erdwärmesonden aus dem Erdreich gewonnene und durch modernste Wärmepumpen umgewandelte Energie stellt ein innovatives Instrument für den nachhaltigen Gebäudebetrieb dar und kann erheblich zur Erreichung – und sogar Überschreitung – der energetischen Standards für KfW-Effizienzhäuser 40 und 40 Plus beitragen.

Was ist Geothermie?

Geothermie bezeichnet die unterhalb der festen Oberfläche der Erde vorhandene Wärmeenergie beziehungsweise deren Nutzbarmachung zu Heizzwecken. Je tiefer man unter die Erdoberfläche vordringt, desto mehr steigt die Temperatur an: In Hamburg und Umgebung nimmt die Temperatur je 100 Meter Tiefe um etwa 3 °C zu. Die Erdwärme wird aus dem stetig fließenden Strom vom Erdinneren hin zur kälteren Oberfläche gespeist. Tagtäglich strahlt die Erde damit rund viermal mehr Energie ab, als die Menschheit derzeit an Energie verbrauchen.

Es gibt verschiedene technische Lösungen zur Erdwärmenutzung:

Erdwärmekollektoren bestehen aus horizontal und oberflächennah verlegten Rohrsystemen. Über eine darin zirkulierende Flüssigkeit wird die Wärme übertragen. Flächenkollektoren sind stark vom jahreszeitlichen Temperaturverlauf beeinflusst und eignen sich daher vor allem bei unbeschatteten Freiflächen in niedriggelegenen, milden Regionen.
Erdwärmesonden werden in vertikal verlaufende Bohrlöcher eingebracht. Auch hier wird eine zirkulierende Wärmeträgerflüssigkeit für den Betrieb einer Wärmepumpenheizung verwendet. Bei Gebäuden mit Pfahlgründung können Erdwärmesonden auch direkt in die Betonstützen eingebaut werden. In diesem Fall werden sie auch als Energiepfähle bezeichnet.
Wärmebrunnen oder auch Grundwasserwärmepumpen entziehen die Wärmeenergie direkt dem Grundwasser. Für die Herstellung eines Kreislaufs wird ein System mit zwei Brunnen – einem für die Entnahme (Saugbrunnen) und einem für die Rückgabe (Schlugbrunnen) benötigt.

Vorteile der Geothermie:

Die Energie selbst ist kostenlos, wetterunabhängig und immer verfügbar.
Durch moderne Technologien kann Erdwärme an fast jedem Standort nutzbar gemacht werden.
Das Erdreich bietet konstante Temperaturen zwischen 7 °C und 12 °C.
Durch den entfallenden Abbau und Transport ist die Geothermie eine äußerst klimafreundliche und umweltschonende Energiegewinnung.
Da Erdwärmepumpen im Keller untergebracht werden, werden die geringen Lärmemissionen durch das Gebäude zusätzlich abgeschirmt.
Durchdachte Systeme arbeiten sehr ökonomisch und sichern einen stabilen Energiehaushalt.

Ganzheitliche Konzepte & individuelle Steuerung

Wir sind darauf spezialisiert intelligente und nachhaltige Energiekonzepte zu entwickeln, die den projektspezifischen Bedürfnissen Rechnung tragen. Für eine maximale Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit kombinieren wir die verschiedenen erneuerbaren Energien, so dass z. B. beim Einsatz von Geothermie auch Photovoltaik-Anlagen berücksichtigt werden. Diese liefern den Strom zum Betrieb der Erdwärmepumpe.

Um Ihnen zukunftsfähige Anlagen bieten zu können, arbeiten wir mit namhaften Partnern wie Bosch, Yanmar und Daikin. Gemeinsam entwickeln wir innovative Gesamtsysteme und individuelle Steuerungskonzepte. Das gibt Ihnen als Betreiber maximale Flexibilität und die Möglichkeit, auf sich ändernde Bedürfnislagen oder Rahmenbedingungen wie Strom- und Gaspreise zu reagieren und die Energieversorgung des Gebäudes entsprechend anzupassen.

Funktionsweise von Erdwärmesonden und Geothermie-Anlagen

Der am häufigsten verwendete Anlagentyp in Mitteleuropa und auch bei unseren Projekten in und um Hamburg ist die Erdwärmesonde. Dafür werden in der Regel Doppel-U-Rohre aus Polyethylen in senkrechte Erdbohrungen eingebracht. Durch diese Rohre zirkuliert eine Wärmeträgerflüssigkeit, zumeist eine Sole, die Wärme in der Tiefe aufnimmt.

Mit Hilfe einer Erdwärmepumpe wird die erwärmte Flüssigkeit an die Oberfläche transportiert. Hier wird die Wärme an die Erdwärmepumpe abgegeben, welche die Temperatur durch Verdichtung auf 35 bis 60 °C erhöht. Über Wärmetauscher – in der Heizzentrale oder dezentral in den Wohnungen – wird die Temperatur an das Heizsystem weitergegeben.

Darstellung einer Geothermie Planung mit Erdwärmesonden

Grafische Darstellung einer kombinierten Geo- & Solarthermie-Anlage

Ausführung von Geothermie Tiefbohrungen für Erdwärmesonden

Ausführung der Tiefbohrungen für die Sonden

In einer Heizzentrale zusammenlaufende Erdwärmesonden

In der Heizzentrale zusammenlaufende Sonden

Heizungskeller mit Geothermieanlage und Erdwärmepumpe

Erdwärmepumpe in der Heizzentrale

Machbarkeitsprüfung und Planung von Geothermie-Anlagen

Für die Versorgung von mehrgeschossigen Wohnungs- und Gewerbeimmobilien in Hamburg planen und bauen wir in der Regel ein sogenanntes Sondenfeld, bestehend aus mehreren Bohrungen und Sonden in Tiefen zwischen 40 und 160 Metern. Erste Daten zur Umsetzbarkeit und Einschätzung für die Planung liefern dabei die Angaben des Geologischen Landesamtes. Sind zum Beispiel Notbrunnen in der unmittelbaren Umgebung wird die Tiefe der Erdwärmesonden in der Regel eingeschränkt. Vor der Ausführung liefert uns ein Thermal Response Test inklusive Probebohrung dann eine genaue Berechnungsgrundlage für die optimale Größe und effektive Beschaffenheit der Geothermie-Anlage.

Für das Genehmigungsverfahren, welches in Hamburg die Behörde für Umwelt, Klima, Energie und Agrarwirtschaft (kurz: BUKEA) verantwortet, ist eine Prognose über die Auswirkungen der Anlage zu erstellen. So wird beispielsweise eine Simulation des Wärmeentzugs über mehrere Jahrzehnte erstellt. Die Wärmeenergie ist ein Gemeingut, sodass dargelegt werden muss, dass nur im verantwortbaren Rahmen Wärme entnommen wird und anliegende Grundstücke bei Bedarf ebenfalls Zugriff haben. Wird der Betrieb der Anlage als unbedenklich eingestuft, erteilt die Behörde die Wasserrechtliche Erlaubnis, welche häufig mit technischen Auflagen z. B. hinsichtlich der Materialien verbunden wird. Bei der Wärmeträgerflüssigkeit ist beispielsweise auf umweltverträglich zu achten. Sollte es zu einer Beschädigung einer der Erdwärmesonden kommen, darf austretende Flüssigkeit das Grundwasser nicht belasten.

Simulation des Wärmeentzugs einer Geothermie-Anlage

Umweltschonende Kühlung mit Geothermie

Da die Temperatur des Erdboden im Sommer niedriger ist als die der Umgebungsluft, kann Geothermie auch zur Kühlung von Gebäuden eingesetzt werden. Dies ist insbesondere für Büro- und Gewerbeimmobilien interessant, die ganzjährig eine gleichbleibende Temperatur gewährleisten sollen. Durch Umschalten der Wärmepumpen können Räume z. B. über die Fußbodenheizung gekühlt werden. Ein Temperaturunterschied von ca. 2 °C hat bereits einen sehr angenehmen und spürbaren Effekt auf das Raumklima und ist gleichzeitig nicht so kalt, dass Kondensatbildung entsteht.

Der Kühleinsatz kann dabei langfristig sogar die Effizienz der Geothermie-Anlage sichern. Er sorgt dafür, dass dem Erdreich im Sommer Energie zurückgeführt wird, die ihm im Winter entzogen wird. Ohne diese Rückführung kann die Temperatur im Boden auf viele Jahrzehnte gesehen geringfügig sinken. Auch auf das Genehmigungsverfahren kann sich die Kühlungsnutzung daher positiv auswirken.

Maßstabsgetreue Darstellung einer Geothermie Planung in Hamburg

Referenzobjekt Hummelsbütteler Landstraße

Moderne Wohnanlage mit insgesamt 74 Wohnungen
Einzigartiges Niedrigstenergiehaus nach dem neuesten Stand der Technik
Intelligente Kombination von Geothermie + Solarthermie + Brennwerttechnik sorgt dafür, dass der KfW 40 Standard sogar noch unterschritten wird
Entwicklung und Umsetzung in enger Zusammenarbeit mit unserem Partner von Bosch