Geothermischer Temperaturverlauf

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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.

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.

Temperaturverlauf der Erdoberfläche

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.

Temperaturverlauf im Erdreich und dessen Einflussfaktoren

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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4 Kommentare/Fügen deinen eigenen Kommentar hinzu

  1. Avatar
    Bernd Matthiessen / Antworten ¬

    Hello Martin

    Grüße aus Südafrika.

    Ein Freund von mir, der ein Grundstück in Süd Schweden besitzt, hat mir in einem Brief u.a folgendes geschrieben,
    Quote: „Mein Tiefwasserbrunnen,(4 “ Durchm., 77m tief) war mit langen Schläuchen und Ejektor ganz unten ausgestattet. Diese Installation funktionierte ganz gut. Der einzige Nachteil war, die Pumpe, ein Model von Grundfoss aus Dänemark, behielt auch nach sorglältiger Leerung für den Winter im untersten Teil ein bischen Restwasser. Dadurch fror, je nach vergangenen Winter, ein kleines Metallteilchen kaputt“. unquote.

    Wenn die Erdtemperatur nach etwa 20m Tiefe mit 15° mehr oder weniger konstant ist, ist es dann möglich dass ein kleines Metallteil in 77m kaput frieren kann? Ich vermute, dass da anderen Faktoren einen Einfluss gehabt haben könnten, Korrosion oder Verschmutzung z.B. Das es in dieser Tiefe noch Frost geben kann, will mir einfach nicht in den Sinn auch wenn der Brunnen nicht abgedeckt war. Er war abgedeckt..

    Was denkst Du?

    Grüße aus den tiefen Süden

    Bernd

  2. Avatar
    Eberhard Blaum / Antworten ¬

    die Pumpe war sicher nicht in 77 m Tiefe installiert, denn dann hätte sie für den Winter nicht entleert werden müssen / können.
    Abhilfe (sofern die Pumpe (genauer: die Dichtungen) das abkönnen (mit dem Hersteller klären), mit bißchen Alkohol (Brennspiritus) als Frostschutzmittel füllen, dann friert nix mehr ein.
    Vor Wiederinbetriebnahme aus Umweltschutzgründen den Brennspiritus wieder ablassen und aufheben fürs nächste Jahr.
    Schöne Grüße aus dem Südschwarzwald!
    Eberhard

  3. Avatar
    Rüdiger / Antworten ¬

    Dass man Wärme aus tieferen Schichten nach oben befördern kann, ist das eine. Wie sieht es denn mit der Nachhaltigkeit aus? Was bedeutet die resultierende Abkühlung der Erde für deren Prozesse in tieferen Schichten. Sollte man nicht erst über die Folgen für die Erde nachdenken, bevor man sie anzapft?

    1. Avatar
      Martin Schlobach / Antworten ¬

      Hallo Rüdiger,

      vielen Dank für deine Frage. Während der Auslegung eines geothermischen Heizsystems wird die Regeneration des Bodens immer mitberücksichtigt. Weiterhin gibt es heute sogenannte reversible Wärmepumpen, welche im Sommer Gebäude kühlen und die abgeführte Wärme des Gebäudes zur Regeneration des Bodens nutzen. Man ist sich also durchaus über den Einfluss eines geothermisches Heizsystem auf den Boden bewusst und beachtet dies bei der Planung.

      Liebe Grüße, Martin

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