Daten und Fakten zur Erdwärme

Geothermie nutzt die gespeicherte Wärme des Erdbodens. So kann zum Beispiel durch Abkühlung eines Kubikmeters Erdreich um ein Grad Celsius eine Wärmemenge von bis zu 0,7 kWh entzogen werden.

"Oberflächennahe" und "Tiefe Geothermie"

Für die Nutzung von Erdwärme in den oberen 300 Tiefenmetern wird in Österreich meist der Begriff "Oberflächennahe Geothermie" verwendet. Da in den obersten 300 Metern des Untergrundes in Wien mit maximalen Temperaturen von 20 Grad Celsius zu rechnen ist, sind Anwendungen der Oberflächennahen Geothermie zu Heizzwecken zumeist auf Wärmepumpen angewiesen. Anlagen zur Nutzung natürlich vorhandener Heiß- beziehungsweise Thermalwässer werden zur "Tiefe Geothermie" gezählt und liegen in Mindesttiefen von einigen hundert, teilweise sogar von mehreren tausend Metern. In den meisten Fällen ist das Temperaturniveau ausreichend hoch, so dass die im Thermalwasser gespeicherte Wärme ohne Wärmepumpe genutzt werden kann. Sie fallen allerdings unter das Mineralrohstoffgesetz (MinroG) und benötigen zusätzliche behördliche Auflagen.

Erdwärme nutzen

Die Oberflächennahe Geothermie wird in Wien meist mithilfe von Erdwärmesonden oder mittels Grundwasser-Wärmepumpen genutzt. Erdwärmesonden reichen üblicherweise bis in eine Tiefe von 30 bis 250 Metern. Wenn vorhanden, kann der oberste Grundwasserkörper, abgesehen von Grundwasserschutzgebieten, auch direkt genutzt werden. Die thermische Nutzung des Grundwassers ist die wirtschaftlichste Form der oberflächennahen Geothermie. Die Voraussetzung ist allerdings das Vorhandensein eines oberflächennahen, ergiebigen Grundwasserkörpers. In Wien ist dieser vor allem in den Donauschottern zu finden.

Anwendungsmöglichkeiten

Oberflächennahe Geothermie eignet sich hervorragend zur Klimatisierung von Gebäuden oder Infrastruktureinrichtungen oder sogar zur Eisfreihaltung von Gehsteigen. Aufgrund des geringen Temperaturniveaus im oberflächennahen Untergrund von wenigen Grad Celsius bis maximal 20 Grad Celsius ist die Anwendung zum Heizen auf Wärmepumpen angewiesen. Die Kühlung kann jedoch ohne Wärmepumpe (Free Cooling) erfolgen. Da die Nutzung der Erdwärme primär der Entladung eines Akkus entspricht, lässt sich der Untergrund auch als saisonaler Erdspeicher verwenden, um zum Beispiel im Sommer erzielte Wärmeüberschüsse im kommenden Winter zu nutzen.

Ökologisch und nachhaltig

Generell stellt Geothermie eine sehr umweltschonende Wärmequelle dar, die, abgesehen vom Antriebsstrom der Wärmepumpe und des Pumpenkreislaufes keine Emissionen hervorruft. Sie ist zudem prinzipiell überall verfügbar und aus diesem Grund hervorragend für lokale Energieversorgungskonzepte ohne lange Transportwege geeignet.

Durch den Betrieb einer oberflächennahen Erdwärmeanlage wird die Erdreichtemperatur lokal um fünf bis zehn Grad Celsius verändert. Die Wärme fließt vom umgebenden Erdreich nach. Nach Abschaltung der Anlage ist das ursprüngliche Temperaturregime rasch wiederhergestellt.

Die Oberflächennahe Erdwärme zur Wärme- oder Kältegewinnung ist generell als nachhaltig und erneuerbar zu betrachten. Der Erdboden muss aber als Akku betrachtet werden, der auch wieder geladen werden muss. Daher kann eine ökologisch nachhaltige und wirtschaftlich sinnvolle Nutzung der Erdwärme durch einen saisonalen Wechselbetrieb ermöglicht werden. Durch abwechselnde Heizung im Winter und Kühlung im Sommer oder durch Einspeicherung von Überschusswärme im Sommer wird die Regeneration des Untergrundes unterstützt und die Effizienz der Erdwärmenutzung gesteigert.

Wie wirtschaftlich ist Erdwärme?

Generell gilt für die Nutzung der Erdwärme das Gleiche wie für die meisten erneuerbaren Energieträger: Hohen Investitionskosten stehen vergleichsweise geringe Betriebskosten gegenüber. Die thermische Nutzung des Grundwassers ist mit spezifischen Investitionskosten ohne Ankauf von Wärmepupen von 50 bis 500 Euro pro Kilowatt deutlich geringer als bei der Nutzung mittels Erdwärmesonden (500 bis 1.000 Euro pro Kilowatt). Jedoch ist thermische Nutzung des Grundwassers nicht überall im Stadtgebiet uneingeschränkt möglich. Der aktuelle Trend in Großbauprojekten, die mittels Erdwärmenutzungen klimatisiert werden, zeigt eine kombinierte Nutzung von Erdwärmesonden, thermischen Grundwassernutzungen und thermisch aktivierten Gebäudeelementen, um die Deckung der Wärme- und Kältebedarfs bei vertretbaren Kosten zu erzielen.

Kombination mit anderen Energieträgern

Anwendungen der Oberflächennahen Geothermie lassen sich gut mit anderen Wärmequellen kombinieren, beispielsweise mit Solarthermie oder Abwärme aus Kühlkreislaufen. Neben der Abdeckung von Spitzenlast durch andere Energieträger und -systeme sind Synergieeffekte vor allem bei der saisonalen Speicherung von Überschusswärme in Erdwärmesondenfeldern in vielen Gebieten Europas mittlerweile Stand der Technik.

Hilfe bei der Planung

In Wien gibt es verschiedene öffentliche und private Einrichtungen, die bei der Planung von Erdwärmenutzungen weiterhelfen können. Neben den öffentlichen Forschungseinrichtungen in Wien wie der Geologischen Bundesanstalt (GBA) oder Austrian Institute of Technology (AIT) gibt es zahlreiche Planungsbüros, die kompetente Projektbegleitung und Beratung bei Behördenverfahren anbieten.

Hinweise zu staatlich beeideten Ziviltechnikern und Ziviltechnikerinnen sind unter den Suchbegriffen "Kulturtechnik" oder "Technische Geologie" auf der Website der Bundeskammer der Architekten und Ingenieurkonsulenten zu finden.

Energiegewinnung pro Fläche

Die Energiemenge, die aus einer vorgegeben Fläche mittels Oberflächennaher Geothermie zu gewinnen ist, ergibt sich neben den geologischen Voraussetzungen auch aus den geplanten Betriebsvorgaben (Jahresbetriebsstunden und Wärmebilanz der angestrebten Nutzung). Darüber hinaus können bei der thermischen Nutzung des Grundwassers auch bereits existierende, konkurrierende Nutzungen einen Einfluss ausüben.

Da der Platzbedarf im Untergrund zur Gewinnung von Energie bei Erdwärmesonden deutlich geringer als bei der thermischen Grundwassernutzung ist, weist ein Erdwärmesondenfeld eine deutlich höhere Energiedichte (Wärmeübertragungsleistung pro Flächeneinheit) auf. Während die thermische Grundwassernutzung mittels Brunnenfeld in Wien maximal 200 bis 300 MWh pro Hektar und Jahr liefert, können mittels Erdwärmesondenfeldern Maximalerträge von über 1.500 MWh pro Hektar und Jahr erzielt werden.

Für 1.500 MWh bedarf es neben entsprechend guten geologischen Voraussetzungen Tiefensonden mit einer Gesamtlänge von etwa 10.000 Metern (beispielsweise 100 Sonden mit 100 Metern Länge oder 50 Sonden mit 200 Metern Länge).

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