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Oberflächennahe Geothermie


    Nutzung von Erd- und Grundwasserwärme

    Wenn von „oberflächennaher Geothermie“ die Rede ist, dann ist nicht nur die Nutzung der Erdwärme mit Hilfe von Sonden oder Kollektoren gemeint, sondern gerade auch in München die Nutzung der Grundwasserwärme. Beides zählt zu den erneuerbaren Energiequellen.

    Die Wärmequellen Grundwasser, Erdboden und Luft

    Im Allgemeinen ist die Nutzung von Grundwasser als Wärmequelle effizienter als die Nutzung des Erdreichs und wesentlich effizienter als die Nutzung der Außenluft. Denn wenn die Außenluft in der Heizperiode auf ein- oder zweistellige Minustemperaturen absinkt, weisen Grundwasser und Erdreich in ausreichender Tiefe konstante Temperaturen von plus 8 bis 10 Grad am Stadtrand beziehungsweise von bis zu plus 20 Grad im Zentrum auf. Das Grundwasser als Wärmequelle bietet dabei gegenüber dem Erdreich den Vorteil des besseren Wärmeübergangs an der Entnahmestelle und des geringeren Platzbedarfs. Dies gilt vor allem im Vergleich zu Erdreich-Kollektoren. Weil beim Erdreich der Wärmeübergang schlechter beziehungsweise der Flächenbedarf bei gleicher Entzugsleistung höher ist, wird in der Praxis vorrangig das Grundwasser genutzt, sofern die hydrogeologische Situation das zulässt.

    Kartenausschnitt oberflächennahe Geothermie  Link öffnet eine vergrößerte Darstellung des Bildes.
    Ausschnitt Karte Oberflächennahe Geothermie
    © Landeshauptstadt München

    Neue Karte zum Potenzial der Grundwassernutzung in München

    Die Technische Universität München hat im Rahmen des GEPO- und des GRETA-Projekts und in enger Abstimmung mit dem Referat für Gesundheit und Umwelt 2018/19 verschiedene Karten entwickelt, die die Grundwassersituation hinsichtlich der wesentlichen Parameter für die Wärmenutzung des Grundwassers abbilden. Die Karten enthalten Informationen zum theoretisch verfügbaren, technisch erschließbaren Potenzial an jedem Punkt des Stadtgebiets.

    Bitte beachten Sie, dass diese Karten der Erstinformation und dem Einstieg in die Planung dienen und eine Fachberatung und Fachplanung nicht ersetzen können. Weder die Landeshauptstadt München noch die Technische Universität München können eine Garantie abgeben, dass die modellierten Parameter tatsächlich zutreffen. Auch sind in diesen Karten keine Aussagen über die Wirtschaftlichkeit der Anlagen enthalten.

    Grundwasser-Wärmepumpen

    In München gibt es mittlerweile über 1000 Wärmepumpen zur Nutzung oberflächennaher Geothermie. Dabei wird das Grundwasser über eine Bohrung bzw. einem "Brunnen" entnommen, durch die Wärmepumpenanlage im Gebäude abgekühlt und über einen zweiten Brunnen („Schluckbrunnen“) an anderer Stelle wieder in die grundwasserführende Schicht eingeleitet.

    Allerdings sind stets die geologischen Gegebenheiten zu beachten, insbesondere der (mittlere) Abstand des Grundwassers zur Oberfläche, die Fließrichtung sowie die Fließgeschwindigkeit. Nur die oberflächennahen, grundwasserführenden Schichten des Quartärs dürfen so genutzt werden, nicht die des tieferliegenden Tertiärs.

    Das Grundwasser kann auch direkt (ohne Einbindung einer Wärmepumpe) für die Gebäudekühlung verwendet werden, wobei die gleichen Rahmenbedingungen und Einschränkungen zu beachten sind. In diesem Fall wird dem Gebäude Wärme entzogen und dem Wasserstrom zugeführt. Deshalb ist die Wassertemperatur am Schluckbrunnen höher als beim Entnahmebrunnen, wobei der Temperaturunterschied maximal 5 Grad betragen darf.

    Bei der thermischen Nutzung von Grundwasser bzw. wasserführenden Schichten spricht man auch von "Hydrothermie".

    Gebäudeheizung und Raumwärme

    Das technische Potenzial zur Nutzung von Wärme aus dem Grundwasser im Münchner Stadtgebiet ist bei weitem noch nicht ausgeschöpft. Die Verfügbarkeit und der mögliche Wärmeertrag hängen allerdings stark vom Standort des Gebäudes und der jeweiligen Grundwassersituation ab.

    Das oberste Grundwasserstockwerk, das Quartär, hat sich vor allem im innerstädtischen Bereich durch U-Bahn, Kanalisation, Tiefgaragen und Gebäudekühlung erwärmt, so dass regelrechte „Wärmeinseln“ mit Temperaturen bis zu 20 Grad entstanden sind. Gerade hier ist die Wärmeentnahme durch Wärmepumpen besonders effizient. Natürlich ist die Nutzung der Grundwasserwärme auch andernorts möglich, soweit es die Verhältnisse im Untergrund erlauben.

    Im Gebäude heben Wärmepumpen das Temperaturniveau des Grundwassers auf die zur Beheizung erforderliche Vorlauftemperatur an. Je kleiner der Abstand zwischen Grundwasser- und Vorlauftemperatur ist, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe. Neben hohen Grundwassertemperaturen sind also Flächenheizsysteme (zum Beispiel Fußbodenheizung) mit niedrigeren Vorlauftemperaturen von etwa 35 Grad von Vorteil. Da die Warmwasserbereitung höhere Temperaturen von etwa 65 Grad erforderlich macht, sind Wärmepumpen für diesen Zweck weniger gut geeignet.

    Ein Maß für die Effizienz der Wärmepumpe ist die Jahresarbeitszahl (JAZ), die das übers Jahr hinweg erreichte, durchschnittliche Verhältnis von erzeugter Wärmemenge zur eingesetzten Antriebsenergie (Strom oder Gas) darstellt. Für die JAZ gilt: je größer, desto besser. Eine JAZ von 4,0 wäre anzustreben. Dieser Wert kann mit den Wärmequellen Grundwasser und Erdboden gut, aber mit der Wärmequelle Luft kaum erreicht werden.

    Erdwärmesonden und -kollektoren

    Bei der Nutzung der Erdwärme als Energiequelle kommen Sonden oder Kollektoren zum Einsatz, die als Wärmetauscher fungieren. In diesen zirkuliert eine Wärmeträgerflüssigkeit in einem geschlossenen Rohrsystem und nimmt die Wärme aus dem Erdreich auf. Dabei spielt die Tiefe eine wesentliche Rolle. Sie sollte eine relativ konstante Temperatur bieten, die höher liegt als die der Luft beziehungsweise der Außentemperatur während der Heizperiode.

    Durch eine Wärmepumpe im Gebäude wird die so gewonnene Erdwärme auf das für das Heizen notwendige Temperaturniveau gebracht.

    In München spielt die Erdwärmenutzung nur eine untergeordnete Rolle. Das liegt zum einen daran, dass die Grundstücke nicht über die nötige Fläche verfügen, um Kollektoren zu verbauen. Zum anderen sind für Erdwärmesonden die geologischen Gegebenheiten ungünstig. Nur der Münchner Süden (z. B. Maxhof, Forstenried, Großhadern, Trudering) bietet eine Erdwärmenutzung bis zu einer Tiefe von etwa 30 Metern an. Darunter folgen trinkwasserführende Schichten, die nicht aufgebrochen werden dürfen.

    Weitere Informationen zu Erdwärmesonden und -kollektoren

    Kontakt

    Landeshauptstadt München

    Referat für Klima- und Umweltschutz
    SG Energie, Klimaschutz

    Bayerstraße 28a
    80335 München