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 "Tiefen 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

Neben der weitgehend bekannten Anwendung zum Heizen eignet sich die Oberflächennahe Geothermie auch hervorragend zur Temperierung 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 auch ohne Wärmepumpe (Free Cooling) erfolgen.

Heiz- und Kühlanwendungen lassen sich zudem mittels saisonaler Speicherung sehr effizient kombinieren. Im Sommer wird das Gebäude gekühlt, indem der Wärmeüberschuss im Boden oder Grundwasser "gespeichert" wird. Im Winter kann diese gespeicherte Energie für Heizzwecke verwendet werden.

Energiegewinnung pro Fläche

Die Energiemenge, die aus einer vorgegebenen 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 Erdwärmesonden mit einer Gesamtlänge von etwa 10.000 Metern (beispielsweise 100 Sonden mit 100 Metern Länge oder 50 Sonden mit 200 Metern Länge).

Ökologisch und nachhaltig

Generell stellt die 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 Erdwärmeanlage wird die Erdreichtemperatur lokal um 5 bis 10 Grad Celsius verändert. Die Wärme fließt vom umgebenden Erdreich nach. Nach Abschaltung der Anlage stellt sich das ursprüngliche Temperaturregime mit der Zeit wieder ein. Die Oberflächennahe Geothermie zur Wärme- oder Kältegewinnung ist generell als nachhaltig und erneuerbar einzustufen.

Der Erdboden kann dabei als Akku betrachtet werden, der nach seiner Entladung in der Heizperiode wieder aufgeladen werden muss. Durch abwechselndes Heizen im Winter und Kühlen im Sommer oder durch Einspeicherung von Überschusswärme im Sommer wird die natürliche Regeneration des Untergrundes unterstützt und die Effizienz der Erdwärmenutzung gesteigert. Der saisonale Wechselbetrieb ermöglicht daher eine ökologisch nachhaltige und wirtschaftlich sinnvolle Nutzung der Erdwärme.

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 Erdwärmesonden (500 bis 1.000 Euro pro Kilowatt). Jedoch ist eine 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

Auf Erdwärme Wien sind weiterführende Informationen zu den Anwendungsmöglichkeiten, rechtlichen Aspekten, Förderungen als auch Zuständigkeiten zu finden.

Die Klima- und Innovationsagentur unterstützt als Service der Stadt Wien bei der Planung von erneuerbaren Energieanlagen, unter anderem wärmepumpenbasierter Systeme. Sowohl Bürger*innen und Eigentümer*innen als auch Wiener Betriebe können sich hier über die wichtigsten Schritte informieren und kostenlos beraten lassen.

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

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