Die Nutzung von Geothermie als Energiequelle zum Heizen oder Kühlen ist eine sehr interessante Möglichkeit um Wärme oder Kälte zu produzieren. Aus diesem Grund schreibe ich in meinem heutigen Beitrag über den Temperaturverlauf im Erdreich, welcher eine wichtige Grundlage für die Planung eines Geothermiesystems darstellt.
Bisher erschienene Artikel zum Thema Erdwärme / Geothermie:
Einflussfaktor Sonne
In der oberflächennahen Geothermie gibt es neben dem geothermischen Wärmefluss verschiedene Enflussfaktoren, die bei der Planung einer geothermischen Anlage berücksichtigt werden sollten.
Ab einer Tiefe von ca. 20 m beträgt die durchschnittliche Oberflächentemperatur der Erdkruste in Europa ca. 10- 12 °C. Die Temperaturerhöhung in tieferen Bereichen wird im Durchschnitt mit 35- 40 Kelvin pro Kilometer oder 1 Kelvin alle 33 m angegeben. Ab diesem Temperaturanstieg spricht man von einem geothermischen Einfluss auf den Temperaturverlauf.
Abbildung 1: Temperaturverlauf der Erdoberfläche
Im oberflächennahen Bereich (bis ca. 20 m) gibt es aber noch weitere Faktoren die Einfluss auf den Temperaturverlauf nehmen.
Als größter Einfluss kann hier die einstrahlende Sonnenenergie genannt werden. Mit etwa 1000 W/m² ist die Sonneneinstrahlung im Vergleich zu den Wärmeströmen aus dem Erdinneren (ca. 0,05- 0,12 W/m²) enorm. Der Einfluss der Sonnenenergie kann in Abbildung 1 nachverfolgt werden.
Hier wird deutlich, dass die Temperatur der oberflächennahen Erdschicht von Außenlufttemperaturen und Sonneneinstrahlung stark abhängt.
Zu beobachten ist die geringe Temperatur in den Wintermonaten und die hohe Temperatur in den Sommermonaten. Ab einer Tiefe von ca. 15 m wird ein konstanter Temperaturverlauf deutlich.
Weitere Einflussfaktoren
Weitere Einflussfaktoren auf den Temperaturverlauf im Erdreich sind die Wärmestrahlung der Erde, der geothermische Wärmefluss, der Grundwasserfluss, die Gesteinswärmeleitung sowie der Niederschlag. In Abbildung 2 habe ich versucht diese Einflussfaktoren noch einmal bildlich darzustellen.
Abbildung 2: Temperaturverlauf im Erdreich und deren Einflussfaktoren
Hier kann man gut nachverfolgen wie sich die verschiedenen Temperatureinflüsse in den jeweiligen Tiefen verändern. Bis zu einer Tiefe von 20 m hat man je nach Jahreszeit unterschiedliche Temperaturen (siehe Abbildung 1). Ab einer Tiefe von 20 m kann man von einer konstanten Temperatur um die 10 °C sprechen. Die äußeren Witterungseinflüsse haben hier keinen Einfluss mehr auf die Temperatur im Boden.
Bis zu einer Tiefe von 100 m steigen die Temperaturen auf ungefähr 15 °C an. In der Tiefe von 2.000 m liegen die Temperaturen bei ca. 60 – 80 °C und in einer Tiefe von 5.000 m herrschen Temperaturen von 150 – 200 °C. Dieser Temperaturverlauf macht deutlich, wie viel Wärme in der Erde gespeichert ist.
Um diese Wärme zu gewinnen und nutzbar zu machen gibt es verschiedene Möglichkeiten und Technologien, welche ich in meinem Beitrag „Was ist Geothermie“ kurz angesprochen habe. In meinen nächsten Beiträgen werde ich euch Erdwärmesonden und Erdwärmekollektoren etwas genauer vorstellen, da diese für die Gewinnung von Oberflächennaher Geothermie ein wichtiges Instrument darstellen.
Falls ihr Fragen, Anregungen oder Kritik zum Temperaturverlauf im Erdreich habt, nutzt die Kommentarfunktion.
Liebe Grüße! Martin
Weiterführende Links und Quellen:
Wikipedia – Geothermie
Wikipedia – geothermische Tiefenstufe
Enercret GmbH – Geothermie
Bayrisches Landesamt für Umwelt – Geothermie
Erdgekoppelte Wärmepumpen – Geschichte, Systeme, Auslegung, Installation, Dipl.- Geol. Burkhard Sanner, IZWBerichte 2/92, November 1992
VDI 4640 Blatt1: Stand Dezember 2000 – Thermische Nutzung des Untergrundes – Grundlagen, Genehmigungen, Umweltaspekte
VDI 4640 Blatt2: September2001 – Thermische Nutzung des
Untergrundes – Erdgekoppelte Wärmepumpenanlagen
Titelbild: Das Titelbild ist von Ged Caroll und steht unter der Creative Commons Lizenz CC BY 2.0 – Link zum Foto: http://www.flickr.com/photos/renaissancechambara/4938639714/,
An dem Bild wurden folgende Veränderungen vorgenommen: Tonwertkorrektur, Kontrast- und Helligkeitsänderung, Bildzuschnitt)
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