Wärmequellen

Je nach Standortbedingungen und Wärmebedarf eignen sich verschiedene Lösungen zur nachhaltigen Wärmeversorgung eines Quartiers. Dabei kann Wärme der Umwelt (Erdreich, Gewässer, Luft, …) entzogen, oder Abwärme (Abwasser, Serverkühlung, …) erneut genutzt werden. Bei der Nutzung von Umweltwärme wird die entzogene Energie durch natürliche Prozesse, wie zum Beispiel Sonneneinstrahlung oder Niederschlag, wieder regeneriert. Somit sind diese Wärmequellen – nach menschlichem Ermessen – als unerschöpflich zu bezeichnen. Eine Auswahl davon ist im Folgenden aufgelistet:

Einlagiger Erdwärmekollektor

  • Nutzung der thermischen Energie des oberflächen­nahesten Erdreichs

  • Verlegung eines horizontalen Erdwärmekollektors in ca. 1 - 1,5 m Tiefe (je nach natürlicher Frosteindringtiefe)

  • Aufnahme der thermischen Energie durch ein Frostschutzmittel (auf Glykol- oder Alkohol-Basis), das durch die Rohre des Kollektors strömt

  • Anhebung auf ein für Heizzwecke nutzbares Temperaturniveau mit Hilfe einer oder mehrerer Wärmepumpe(n)

  • Vorteil:

    • Verlegung sowohl in der Freifläche als auch unter überbauten Flächen

  • Herausforderung:

    • bei Einsatz unter Gebäuden: Betrieb primär als saisonaler Wärmespeicher und nicht als reine Wärmequelle, da im Sommer eine aktive Regeneration nötig ist

    • Sicherstellung, dass keine Vereisung erfolgt

Doppellagiger Erdwärmekollektor 

  • Nutzung der thermischen Energie des oberflächen­nahesten Erdreichs

  • Verlegung eines horizontalen Erdwärmekollektors in zwei Ebenen in ca. 1 – 4 m Tiefe

  • Abstand der beiden Ebenen, je nach Bodenverhältnissen: 1 – 2 m

  • Aufnahme der thermischen Energie durch ein Frostschutzmittel (auf Glykol- oder Alkohol-Basis), das durch die Rohre des Kollektors strömt

  • Anhebung auf ein für Heizzwecke nutzbares Temperaturniveau mit Hilfe einer oder mehrerer Wärmepumpe(n)

  • Vorteil:

    • Verringerung des Flächenbedarfs durch höheren Wärmeentzug pro m² Freifläche  

  • Herausforderung:

    • Einschränkung der natürlichen Regenerationsprozesse der unteren Ebene, wodurch gegebenenfalls eine aktive Regeneration im Sommer nötig ist (bspw. durch Kühlung der Gebäude); gleichzeitig potenzieller Vorteil, da das Kühlpotenzial im Sommer länger zur Verfügung steht

Erdeisspeicher 

  • Nutzung der thermischen Energie des oberflächen­nahesten Erdreichs; zusätzlich stärkere Nutzung von freigesetzter Energie bei Vereisung des im Erdreich befindlichen Wassers

  • Verlegung eines horizontalen Erdwärmekollektors in mehreren Ebenen in ca. 1 - 5 m Tiefe

  • Abstand der beiden Ebenen, je nach Bodenverhältnissen: 1 - 2 m

  • Nutzung großer Mengen an thermischer Energie durch kontrolliertes Einfrieren des Erdreichs um die Kollektorschichten herum

  • Aufnahme der thermischen Energie durch ein Frostschutzmittel (auf Glykol- oder Alkohol-Basis), das durch die Rohre des Kollektors strömt

  • Anhebung auf ein für Heizzwecke nutzbares Temperaturniveau mit Hilfe einer oder mehrerer Wärmepumpe(n)

  • Vorteile:

    • Verringerung des Flächenbedarfs

    • hoher Wärmeentzug bei gleichzeitiger Steigerung des Kühlpotentials

  • Herausforderung:

    • Einsatz als saisonaler Speicher oder Kältespeicher, da im Sommer eine aktive Regeneration der unteren Schichten nötig ist; gleichzeitig potenzieller Vorteil, da das Kühlpotenzial im Sommer länger zur Verfügung steht

Agrothermiekollektor 

  • Einpflügen von Erdwärmekollektorrohren in ca. 1 - 2 m Tiefe 

  • Aufnahme der thermischen Energie durch ein Frostschutzmittel (auf Glykol- oder Alkohol-Basis), das durch die Rohre des Kollektors strömt

  • Anhebung auf ein für Heizzwecke nutzbares Temperaturniveau mit Hilfe einer oder mehrerer Wärmepumpe(n)

  • Vorteile:

    • doppelte Nutzbarmachung einer Fläche

    • deutlich geringere Erdarbeiten (verglichen mit einem herkömmlichen Erdwärmekollektor) durch einfache Verlegung der Kollektorrohre mithilfe eines Pflugs

    • nahezu ungestörte Erhaltung der Struktur des Erdreichs

  • Herausforderungen:

    • Realisierung der Vorbereitungs- und Baumaßnahmen außerhalb der Bewirtschaftungssaison

    • größerer Flächenbedarf für die gleiche Wärmeentzugsmenge im Vergleich zu einer Erdwärme-Großkollektoranlage

Erdwärmesonde 

  • Nutzung der thermischen Energie des oberflächennahen Erdreichs

  • Vertikale Bohrung einer Sonde bis zu ca. 400 m Tiefe; standardmäßig rund 100 m Tiefe

  • Aufnahme der thermischen Energie durch ein Frostschutzmittel (auf Glykol- oder Alkohol-Basis), das durch die Rohre des Kollektors strömt

  • Anhebung auf ein für Heizzwecke nutzbares Temperaturniveau mit Hilfe einer oder mehrerer Wärmepumpe(n)

  • Vorteile:

    • Geringer Flächenbedarf

    • bessere Speicherung zusätzlicher Wärme (verglichen mit oberflächen­nahesten Kollektoren)

  • Herausforderungen:

    • Eignung aufgrund der Wärmeleitfähigkeit des Bodens nicht an allen Standorten gegeben

    • Notwendigkeit einer bergrechtlichen Genehmigung ab 100 m Tiefe

    • Beachtung des Grundwasserschutzes: Je nach Verortung des Grundwassers keine oder nur sehr kurze Bohrungen möglich

Grundwasserbrunnen 

  • Nutzung der thermischen Energie des Grundwassers

  • Installation eines Förderbrunnens, der das Grundwasser an die Oberfläche pumpt, thermische Energie entzieht und es anschließend durch einen Schluckbrunnen wieder zurück ins Grundwasser leitet

  • Vorteile:

    • Konstante Quelltemperatur und Anlageneffizienz

    • kein zusätzlicher Flächen- bzw. Freiflächenbedarf

  • Herausforderungen:

    • Nicht an allen Standorten möglich: Vorherige Prüfung der verfügbaren thermischen Energie des Grundwassers nötig

    • Möglichkeit der Verockerung der Schluckbrunnen bei hohem Eisen- und Mangangehalt im Grundwasser

Gewässer 

  • Nutzung der thermischen Energie von Gewässern (Flüsse, Seen, Meere)

  • Entnahme und Wärmeentzug von Wasser oder direkte Einbringung von Wärmeübertragerflächen im Gewässer

  • Am besten einsetzbar in fließenden Süßgewässern mit beständigem Durchfluss

  • Vorteile:

    • sehr großes Wärmepotenzial

    • kein zusätzlicher Flächen-/Freiflächenbedarf

  • Herausforderungen:

    • Möglichkeit der Ablagerung von Sedimenten auf der Wärmeübertragerfläche oder Verockerung bei Salz- oder Brackwasser

    • möglicherweise Gebühren bei Entnahme und Wiedereinleitung des Wassers

Luftrückkühlwerk  

  • Nutzung der thermischen Energie von Luft

  • Aufnahme der thermischen Energie durch ein Wärmeträgermedium, das durch einen Luft-Wasser-Wärmeübertrager strömt

  • Vorteil:

    • unbegrenztes Wärmepotenzial; Begrenzung nur durch Größe und Leistung des Luftrückkühlwerkes

  • Herausforderung:

    • besonders in der Heizperiode sehr niedrige Quelltemperaturen

  • Deshalb effizienteste Nutzung in Kombination mit einer anderen Wärmequelle (z.B. Erdwärmekollektor oder Sondenfeld) zur Regeneration im Sommer

Abwasser:

  • Nutzung der thermischen Energie von Abwasser

  • Aufnahme der thermischen Energie durch ein Wärmeträgermedium, das durch Wärmeübertragerflächen in den Abwasserrohren strömt

  • Vorteile:

    • kein zusätzlicher Flächen- bzw. Freiflächenbedarf

    • je nach Standort sehr großes Wärmepotenzial

    • relativ hohe Quelltemperatur über das ganze Jahr

  • Herausforderungen:

    • ausreichende Größe des Rohres, um den Wärmeübertrager einzubauen

    • Verhinderung einer Beeinträchtigung des Abwasserflusses durch Ablagerungen

    • Sicherstellen, dass die Abwassertemperaturen am Klärwerk nicht zu niedrig werden

Abwärme:

  • Nutzung der thermischen Energie von Abwärme

  • Aufnahme von Abwärme aus Betrieben, Supermärkten oder Rechenzentren (z.B. von Kältemaschinen)

  • Vorteile:

    • kein zusätzlicher Flächen- bzw. Freiflächenbedarf

    • doppelte Einsparung, da eine günstige Wärmequelle zur Verfügung steht und gleichzeitig durch die Aufnahme der Wärme kostengünstig gekühlt werden kann

  • Herausforderung:

    • Abhängigkeit der Wärmeversorgung von der Abwärme Dritter; daher Gewährleistung der Versorgungssicherheit meistens problematisch

Die Grafiken dürfen unter Angabe der Quelle "Energie Plus Concept GmbH" für nicht kommerzielle Zwecke verwendet werden.

Grafiken

Abwasser
Agrothermiekollektor
Erdeisspeicher
Doppellagiger Erdwärmekollektor
Einlagiger Erdwärmekollektor
Erdwärmesonde
Gewässer
Grundwasserbrunnen