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Erdwärme und geologische Gutachten
Ein entspannter Tag in einer der vielen Thermen in Österreich kennen und schätzen wir alle. Dennoch ist die Nutzung derselben Erdwärme für das Heizen des Eigenheimes heutzutage keinesfalls weit verbreitet. Aber warum eigentlich? Ist es zu teuer oder zu kompliziert?
Die Themen Energie und Umwelt haben seitens der Forschung, Wirtschaft, Politik und Gesellschaft in den vergangenen Jahrzehnten wesentliche Veränderungen durchgemacht. Die Geothermie betrifft beide Themenbereiche, weil sie eine nachhaltige und für menschliche Massstäbe unerschöpfliche Energiequelle ist. Deswegen wurden in den vergangenen Dekaden grosse Anstrengungen unternommen, die Erdwärme für die breite Öffentlichkeit zugänglich und bezahlbar zu machen. Durch den Einsatz einer Wärmepumpe ist es heute möglich, dass Energie in Form von Wärme ans Erdreich abgegeben, aus dem Erdreich aufgenommen oder im Erdreich zwischengelagert wird. Dies erlaubt sowohl das Heizen als auch das Kühlen eines Gebäudes, wann immer dies gewünscht wird.
Dieser Text bezieht sich auf oberflächennahe geothermische Anlagen. Dies sind Anlagen, welche nicht tiefer als 400m in den Untergrund reichen. Zunächst werden die verschiedenen Anlagetypen, deren Funktionsweisen und Besonderheiten besprochen. Anschliessend gehen wir auf Kosten, Planungs- und Bemessungsgrundlagen, rechtliche Bestimmungen sowie Betrieb und Wartung ein.
Anlagetypen und Funktionsweisen
Anlagen zur Nutzung oberflächennaher Erdwärme bestehen einerseits aus der geothermischen Anlage (Erdwärmesonde, Erdwärmekollektor, Entnahmebrunnen etc.) und andererseits aus der gebäudetechnischen Anlage. In der geothermischen Anlage wird Energie aus der Umwelt entzogen und dem System zugeführt, während die gebäudetechnische Anlage die Energie nutzbar macht, speichert und im Gebäude verteilt. Beide Systeme müssen bereits bei der Planung aufeinander abgestimmt werden, damit die benötigten Funktionen und Leistungen im Betrieb erbracht werden können.
Für den Energieaustausch mit dem Erdreich gibt es vier verschiedene Arten von Anlagen auf dem Markt. Diese haben ihre Vor- und Nachteile, und nicht jede Anlage ist für jeden Standort geeignet.
Der Erdwärmekollektor
Erdwärmekollektoren bestehen aus Kunststoffrohren, die unterhalb der Bodenfrostgrenze in 1-2m Tiefe horizontal in den Boden eingebaut werden. In den Kunststoffrohren zirkuliert eine Flüssigkeit (ein sogenanntes Arbeitsmittel), welche die Energie aus dem Boden und dem Wasser im Boden aufnimmt. Eine Wärmepumpe überträgt einen Teil dieser Energie an das Heizsystem im Gebäude.
Voraussetzung für den Bau einer solchen Anlage ist ein Grundstück mit einer ausreichend mächtigen Bodenschicht und genügend Platz. Im Gegensatz zu anderen Systemen benötigt der Erdwärmekollektor eine entsprechend grosse Fläche, damit die benötigte Wärme (Heizlast) gedeckt werden kann. Weil in dieser geringen Bodentiefe auch die Sonneneinstrahlung und versickerndes Wasser Energie in den Boden bringt, eignen sich primär unbeschattete Rasenflächen für den Einbau eines Erdwärmekollektors. Versiegelte Flächen, beispielsweise ein asphaltierter Parkplatz, sind eher ungeeignet, da kein Wasser in den Boden eindringen kann und somit die Energiezufuhr verringert ist. Der Erdwärmekollektor benötigt ungefähr die doppelte Fläche der benötigten Heizfläche. Die Funktionsweise einer Wärmepumpe wird hier ausführlich erklärt.
Für die Rohrsysteme und die zugehörigen Erd- und Bauarbeiten muss mit mindestens 3’000-4’000 Euro gerechnet werden. Hinzu kommen mindestens 7’000-10’000 Euro für die Wärmepumpe. Soll das System auch zum Kühlen genutzt werden, erhöht dies den Preis zusätzlich um mehrere tausend Euro. Die Betriebskosten sind im Wesentlichen die Stromkosten für den Betrieb der Wärmepumpe und die Kosten für die Wartung. Insgesamt ist mit Baukosten von durchschnittlich 12’000 Euro für den Bau und jährlich zusätzlichen ungefähr 700-1000 Euro an Betriebs- und Wartungskosten zu rechnen.
In Österreich sind für Anlagen dieser Art in den meisten Fällen keine wasserrechtliche oder bergmännische Bewilligungen notwendig. Entsprechend wird von den Behörden meistens kein geologisches oder hydrogeologisches Gutachten gefordert. Für die Kostenplanung und die Risikominimierung macht es jedoch durchaus Sinn, bei der Planung einer Anlage einen Geologen an der Seite zu haben der sich das Projekt, das Grundstück und die Örtlichkeit zumindest kurz anschaut. Bei einem Neubau kann die Planung eines Erdwärmekollektors mit der Baugrunderkundung kombiniert werden.
Die Erdwärmesonde
Im Gegensatz zu Erdwärmekollektoren fördern Erdwärmesonden Energie aus einer Tiefe von 80 m bis 200 m. Dafür wird eine Bohrung angelegt, welche einen Durchmesser von 11 cm bis 22 cm aufweist und bis in die gewünschte Tiefe reicht. Anschliessend wird in das Bohrloch eine Rohrschlaufe verbaut, so dass auf der einen Seite die kalte Arbeitsflüssigkeit absteigen und auf der anderen Seite die erwärmte Arbeitsflüssigkeit aufsteigen kann. Eine Wärmepumpe entzieht der Arbeitsflüssigkeit einen Teil der Erdwärme und überträgt diese an das Heizsystem im Gebäude. Die Funktionsweise einer Wärmepumpe wird hier ausführlich erklärt.
Die Erdwärmesonde kostet im Bau wesentlich mehr als alle anderen Anlagetypen, da die Bohrung eine kostspielige Angelegenheit ist. Pro Bohrmeter ist mit bis zu 60 Euro zu rechnen, wodurch bei 200m schnell einmal 12’000 Euro nur für die Bohrung zusammenkommen. Die Wärmepumpe kostet ungefähr zusätzliche 7’000-10’000 Euro. Mit den Installationsarbeiten kostet eine solche Anlage im Bau insgesamt 25’000 Euro. Die Betriebskosten sind im Wesentlichen die Stromkosten für den Betrieb der Wärmepumpe und die Kosten für die Wartung. Auch hier ist mit 700-1’000 Euro pro Jahr zu rechnen.
Bei diesen Systemen muss manchmal lediglich eine Anzeige bei den Behörden gemacht werden, in manchen Fällen muss hingegen eine wasserrechtliche Bewilligung eingeholt werden. Diese ist unter anderem an ein hydrogeologisches Gutachten gekoppelt. Für die Planung der Bohrung kann zudem ein geologisches Gutachten sinnvoll sein, denn die Bohrkosten sind auch von Bohrfortschritt und damit vom geologischen Aufbau des Untergrundes abhängig. Ohne ein geologisches Gutachten kann es seitens der Bohrfirma aufgrund unvorhergesehener Massnahmen (z.B. eine plötzlich notwendige Verrohrung, deutlich härteres Gestein etc.) zu Nachforderungen kommen. Ein geologisches Gutachten kann dieses Risiko minimieren.
Die Grundwasserwärmepumpe
Bei der Grundwasserwärmepumpe wird das Grundwasser als Energieträger genutzt und dem Grundwasser Energie entzogen. Die Anlage besteht aus einem Entnahmebrunnen, einer Wärmepumpe und einem Infiltrationsbrunnen (auch Schluckbrunnen genannt). Der Entnahmebrunnen wird im Zustrom des Grundwassers gebaut und versorgt die Wärmepumpe mit frischem Grundwasser. Die Wärmepumpe entzieht dem Grundwasser Wärme und leitet die Wärme an das Heizsystem im Gebäude weiter. Die Funktionsweise einer Wärmepumpe wird hier ausführlich erklärt. Nach dem Wärmeentzug wird das Grundwasser in den Infiltrationsbrunnen geleitet und versickert im Grundwasserleiter.
Die Kosten für den Bau der Brunnen liegen bei ungefähr 4’000 Euro, und für die Anschaffung der Wärmepumpe werden ungefähr weitere 10’000 Euro benötigt. Zusammen mit den Installationen sollte mit Baukosten von ungefähr 16’000 Euro gerechnet werden. Für den Betrieb und die Wartung fallen jährlich ungefähr 1’000 Euro an.
Der Betrieb einer Grundwasserwärmepumpe ist an einige Bedingungen geknüpft. Zunächst müssen die Grundwasserverhältnisse, die Fliessgeschwindigkeit und die Wasserqualität geeignet sein. Zudem ist wasserrechtliche Bewilligung notwendig, da ein Eingriff in das Grundwasser vorgenommen wird und die Rechte anderer Grundwassernutzer davon betroffen sein können. In manchen Fällen kann der Entnahmebrunnen neben der Energiegewinnung auch zur Trinkwassergewinnung genutzt werden.
Erdberührte Betonbauteile
Bei diesen Anlagen wird in das Fundament des Gebäudes ein System zur Erdwärmegewinnung eingebaut. In der Regel werden solche Anlagen bei grossen Gebäuden und damit nicht bei Einfamilienhäusern eingesetzt. Das System gleicht dem einer Erdwärmesonde, insbesondere, wenn Mikropfähle (Energiepfähle) als Fundament und zur Wärmeregulation im Gebäude eingesetzt werden. Für diese Systeme wird auf jeden Fall ein Fachmann benötigt, der die Dimensionierung des Fundamentes und der Anlage berechnet und auf die Rahmenbedingungen (Geologie, Grundwasser, Wärmebedarf etc.) abstimmt.
Bewilligungsverfahren und fachliche Umsetzung
Für Bau und Betrieb einer Anlage können sich die rechtlichen Bestimmungen von Bundesland zu Bundesland unterscheiden und sind zudem vom Anlagetyp, der Projektgrösse und dem Projektstandort abängig. In vielen Fällen reicht das „Anzeigeverfahren“, welches in einer Meldung über den Bau einer Anlage eingeleitet wird und relativ wenig aufwändig ist. Werden für den Bau oder Betrieb einer Anlage die Wasserrechte Dritter tangiert, kommt das „Bewilligungsverfahren“ zum Zuge und neben weiteren Unterlagen ist ein hydrogeologisches Gutachten notwendig. Für eine effiziente und hochwertige Umsetzung während der Planungs- und Bauphase einer Anlage ist das Hinzuziehen eines geologischen Ingenieurbüros mit guten regionalen Kenntnissen ein grosser Vorteil.
Planung und Bemessung
Bei der Planung und Bemessung einer geothermischen Anlage liegt zunächst die notwendige Heizlast, die benötigte Wärme, im Mittelpunkt. Diese hängt von der zu beheizenden Fläche, der Bauweise und der Isolation des Gebäudes und den durchschnittlichen Heiztagen pro Jahr ab. Dieser Kennwert wird in Kilowatt (KW) angegeben. Wenn bekannt ist, wie viel Wärme pro Jahr benötigt wird, können die geothermische Anlage und die Wärmepumpe entsprechend dimensioniert werden. Die Kosten für den Bau und den Betrieb sind von der Grösse der Anlage abhängig. Obengenannte Beträge können als Richtwerte für ein Einfamilienhaus genommen werden.
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Verschiedene Wärmepumpentypen und ihre Funktionsweisen
Bau einer Erdwärmesonde und Einrichtung des Heizsystemes in einem Einfamilienhaus
Weitere Informationen
Die Internetseite "Optimierung von Erdwärmesonde" ist ein Projekt der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften und bietet viele erstklassige Informationen zum Thema Erdwärmesonden.
Förderungen - Verband Wärmepumpe Austria
Diese Seite gibt eine Übersicht zu Förderungen für Wärmepumpen in allen Bundesländern Österreichs.
Verein Geothermie Österreich
Der Verein Geothermie Österreich GTÖ bietet Informationen und Wissen zum Thema Geothermie.
Webseiten der Bundesländer
Wien
Informationen zur Erdwärmenutzung
Niederösterreich
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Oberösterreich
Informationen zur Erdwärmenutzung
Salzburg
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Steiermark
Informationen vom Land Steiermark zu Erdwärmeprojekten und Studien
Burgenland
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Kärnten
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Vorarlberg
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Tirol
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