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Energie aus dernTiefen der Erde

12.03.2010

Auf der Suche nach alternativen Energiequellen bietet sich neben Sonnen- und Windkraft auch die Nutzung der Erdwärme an. Eine neue Studie gibt einen Überblick über den Status quo der Geothermie in Österreich.

Die globale Energiepolitik steht vor einem Wendepunkt. Düstere Prognosen prophezeien ein baldiges Ende der fossilen Brennstoffe, schon in den nächsten Jahrzehnten drohen dadurch enorme Preissteigerungen. Das Potenzial der vor allem in Österreich favorisierten Wasserkraft ist großteils ausgeschöpft. Und selbst für die Kernspaltung tickt die Uhr: „Mit dem Ende der Uran-235-Ressourcen läuft auch die Atom­energie ab. Wie Öl und Gas hat auch sie keine Zukunft", ist etwa Robert Hastings, Schweizer Experte für alternative Energieformen, überzeugt.
Der jährliche Energieverbrauch steigt trotzdem ungebremst an. Rund ein Drittel verschlingen die Haushalte zum Heizen und Kühlen. Die Alternativen zu den etablierten Energiequellen - aus Sonne, Wind und Erde - werden seit Jahrzehnten diskutiert. Inzwischen hat die Gefahr einer bevorstehenden Energiekrise auch die Köpfe der Entscheidungsträger erreicht. Der Einsatz von Geothermie ist ein Ausweg aus der bevorstehenden Misere. Zusehends erweist sie sich als weitere wichtige Alternative. Es ist die Nutzung der enormen Temperaturen im Erdinneren: 99 Prozent unseres Planeten sind heißer als 1.000 Grad Celsius, rund 90 Prozent des verbleibenden Prozents immer noch immer heißer als 100 Grad. Beinahe weltweit weist das Erdreich bereits in einem Kilometer Tiefe eine durchschnittliche Temperatur von 35 bis 40 Grad auf. Noch heute stammt diese sogenannte geothermische Energie zu rund einem Drittel aus der Restwärme, die in der Zeit der Erdentstehung vor ungefähr 4,6 Milliarden Jahren freigesetzt wurde.

Status-quo-Erhebung
Wie dieses riesige Energiepotenzial ökologisch und wirtschaftlich sinnvoll genutzt werden kann, beleuchtet Andrea Zauner in ihrer Diplomarbeit „Oberflächennahe Erdwärmenutzung in Österreich". Darin analysiert sie die vielfältigen Möglichkeiten oberflächennaher Erdwärmenutzung von der Gewinnung über die Wärmepumpe bis hin zur Bauteilaktivierung. Dazu Dietmar Adam, vom Institut für Geotechnik TU Wien: „Wir wissen heute, dass die Erdwärme nicht nur die im höchsten Maße nachhaltige Form der Energie für Heiz- und Kühlzwecke darstellt, sie steht auch praktisch überall zur Verfügung. Erdwärme ist damit eine inländische Energiequelle und bietet entsprechende Versorgungssicherheit."

„Mit dieser Arbeit ist es erstmals gelungen, einen Status quo zum Einsatz der Geothermie in Österreich zu erstellen", unterstreicht Felix Friembichler, Geschäftsführer der Vereinigung der Österreichischen Zementindustrie. Erörtert werden Fragen wie „Wo steht die Technologie heute, wie sehen die Kosten aus, wie viele Anlagen gibt es, welche Vor- und Nachteile sind zu betrachten?" In sechs Kapiteln gibt die Arbeit einen Überblick über die Geothermiegewinnung und ihre Einsatzmöglichkeiten bis hin zu bereits umgesetzten Beispielen. Beginnend mit dem Kreislauf der Wärmegewinnung und deren Energiequellen über die Berücksichtigung von geotechnischen und rechtlichen Rahmenbedingungen bis hin zu verschiedenen Absorberformen und Anwendungsbereiche liefert Zauner eine Fülle an Informationen.

Besonders interessant ist die in Kapitel vier durchgeführte Statuserhebung der Erdwärmeanlagen in Österreich. „Österreich nimmt in der Entwicklung innovativer Erdwärmenutzungssysteme weltweit eine führende Rolle ein", so Adam. Dabei wird auch ein Überblick über die unterschiedlichen Fördermodalitäten der Bundesländer, die Wirtschaftlichkeit sowie die Leistungsbereiche der momentan am Markt erhältlichen Anlagen gegeben. Zusätzlich wird die Wirtschaftlichkeit von Erdwärmeanlagen mit denen herkömmlicher Heizanlagen wie Öl, Gas oder Pellets verglichen. Zusammenfassend erklärt Adam: „Zauner zeigt in ihrer Diplomarbeit das Erdwärmepotenzial auf, das bereits heute mittels innovativer Technologien erschlossen werden kann. Es stehen ausgereifte Lösungen zur Nutzbarmachung der Erdwärme mittels erdberührter Betonbauteile wie Bauwerksfundierungen und Tunnels zur Verfügung. Aber auch die Energie, die im Grundwasser gespeichert ist, und auch jene im Abwasser kann heute bereits wirtschaftlich für die Heizung und Kühlung herangezogen werden."

Bohrung in die Tiefe: Tieferliegende Bereiche unterliegen nicht den saisonalen Temperaturschwankungen der Oberfläche.

Bohrung in die Tiefe: Tieferliegende Bereiche unterliegen nicht den saisonalen Temperaturschwankungen der Oberfläche.

Beton als Absorber
In den meisten Klimazonen Europas ist die Temperatur des Untergrundes ab einer Tiefe von etwa zehn bis fünfzehn Metern relativ konstant. Bis zu einer Tiefe von rund 50 Meter beträgt sie in der Regel 10 bis 15 Grad Celsius. „Daher reicht eine Umwälzung der Wärme für eine Heizung im Allgemeinen nicht aus. Ähnliches gilt für eine Kühlung. Aus diesem Grund wird zwischen Systemen mit und ohne Wärmepumpe unterschieden", führt Dietmar Adam in seiner Studie über innovative Systeme der Erdnutzung an. Mittels Wärmepumpe können Absorbersysteme zur Gebäudeheizung verwendet werden, umschaltbare Wärmepumpen ermöglichen sowohl Beheizung als auch Kühlung.

Bei einem geothermischen Kühlsystem wird dem Gebäude Wärme entweder über eine Luftkühlung oder über ein auf Wasser basierendes Kühlsystem entzogen. Die Kältemaschine ist dabei an das Absorbersystem angeschlossen und leitet die Überschusswärme über das Transportmedium im Primärkreislauf in den Boden. Bei kombinierten Systemen oder saisonaler Erdwärmespeicherung kann die Energie bei Bedarf wiederum entnommen werden. Beim sogenannten „Free Cooling" wird der Fremdenergiebedarf auf den Betrieb einer Umwälzpumpe reduziert.

Für die Wärmeübertragung bei der Bauteilaktivierung werden etwa Betonelemente mit Kunststoff- oder Kupferrohren bestückt und mit einem geeigneten Medium wie Wasser beschickt. Die hohe Wärmeleit- und Speicherfähigkeit von Beton machen diesen Baustoff zu einem geeigneten Energieabsorber. Das Gebäude selbst wird zur Temperaturregulierung genutzt. Der Beton nimmt die Temperatur   des durchlaufenden Wassers auf und gibt sie langsam wieder an den Raum ab. Im Winter können Räume so energiesparend beheizt und im Sommer gekühlt werden. „Mit diesem System kann bei der Kühlung massiv eingespart werden. Die Grundkühlung wird mit der Bauteilaktivierung abgedeckt, ein Klimaaggregat ist nur noch bei Spitzenbelastungen erforderlich", erklärt Zauner die Vorteile der thermischen Aktivierung von Beton.

Vielfache Anwendung
Geothermisches Heizen und Kühlen wird in Österreich seit mehr als zehn Jahren erfolgreich genutzt. Eine neue Entwicklung in diesem Bereich ist etwa die Nutzung von Erdwärme durch Tunnelbauwerke. Dies hat gleich mehrere Vorteile: Naturgemäß liegt ein Tunnel bereits in Tiefen, wo mit konstanter Jahresmitteltemperatur gerechnet werden kann. Zudem bieten sie große erdberührende Flächen und speichern dementsprechend große Energiemengen. Aber auch die sich darin bewegenden Fahrzeuge geben Wärme ab. Die Idee der Geothermie wurde aber noch weiter gesponnen: Für viele Bauprojekte sind zur Absenkung des Grundwasserspiegels Brunnen notwendig. Diese können schlussendlich auch zur geothermischen Energiegewinnung genutzt werden. Und auch im Verkehrswesen findet die alternative Energiequelle ihren Nutzen: Straßenkonstruktionen und Brückenfahrbahnen können im Winter zur Verbesserung der Verkehrssicherheit relativ einfach eisfrei gehalten werden.

Helmut Melzer

Autor/in:
Redaktion Bauzeitung
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