Vorteile der Wärmepumpen gezielt nutzen

Der Verein Deutscher Ingenieure (VDI) hebt die Bedeutung von Wärmepumpen als zentrale Technologie für die Klimaanpassung hervor. Laut dem VDI tragen Wärmepumpen nicht nur zur CO2-Reduktion bei, sondern bieten auch effiziente Lösungen für nachhaltige Gebäudekühlung und -heizung. Der VDI fordert daher eine verstärkte Förderung dieser Technologie im Gebäudebestand.

In diesem Zusammenhang weist der VDI darauf hin, dass insbesondere erdgekoppelte Wärmepumpen auch dem „Klimawandel im Boden“ entgegenwirken könnten. Die Klimaerwärmung führt laut Roland Koenigsdorff vom VDI „zu wärmeren Böden, aber ebenso alles, was wir bauen und gebaut haben.“ Dunkle Flächen absorbieren mehr Sonnenlicht, und jedes Gebäude wirke wie eine Wärmedämmung an der Erdoberfläche. „Schließlich geben beheizte Gebäude, aber auch Tunnel, Erdkabel oder auch Fernwärmeleitungen Wärme an den Boden ab“, so Koenigsdorff.

Vornehmlich in Ballungszentren würden diese Effekte auch zu einer erhöhten Temperatur im Untergrund führen. In Berlin zum Beispiel seien dies bis zu fünf Grad Celsius gegenüber dem Stadtrand. Erdgekoppelte Wärmepumpen im Heizbetrieb entziehen dem Untergrund Wärme und können diesem Effekt entgegenwirken. Eine solche Abkühlung sei aus hydrogeologischer Sicht oft sogar erwünscht.

Wärmepumpen können dem Boden nutzen, aber auch schaden

Wird die oberflächennahe Geothermie dagegen zu Kühlzwecken, das heißt als Wärmesenke genutzt, kann dies in einem bereits erwärmten Untergrund kritisch sein. Das Problem sommerlicher Überhitzung ist in Stadtzentren stärker ausgeprägt als im Umland. Erhöhter Kühlbedarf und stark erwärmter Untergrund treffen hier zusammen. Deshalb bedarf es nach Ansicht des VDI-Experten in solchen Fällen eines klugen Wärmemanagements, um den Untergrund optimal und ökologisch schonend als Wärme- und Kältequelle sowie als thermischen Energiespeicher zu nutzen.

Klima- und zivilisationsbedingte Veränderungen des Untergrunds betreffen umgekehrt damit auch die Bedingungen für den Betrieb erdgekoppelter Wärmepumpenanlagen. Ein wärmerer Boden oder wärmeres Grundwasser erhöht auf der einen Seite die Effizienz einer Wärmepumpenheizung, weil ein geringerer Temperaturhub zwischen Wärmequelle und Verbraucher zu überwinden ist.

Der Kühlung mittels oberflächennaher Geothermie sind hingegen bei einem erwärmten Untergrund aber nicht nur ökologische Grenzen gesetzt. „Bei entsprechend hohen Temperaturen des Untergrunds ist eine direkte geothermische Kühlung mitunter nur sehr eingeschränkt oder gar nicht mehr möglich“, erklärt Koenigsdorff. Es müsse dann maschinell mit der Wärmepumpe im Kältemaschinenbetrieb und damit erhöhtem Stromaufwand gekühlt werden.

Für die Anwendung bedeutet dies, dass Anlagen der oberflächennahen Geothermie mit Blick auf diese Veränderungen mit einem Sicherheitszuschlag eher großzügig dimensioniert werden sollten.

Zu diesem Thema hat der VDI eine Richtlinie herausgebracht. Mehr Informationen über die Richtlinie VDI 4640 „Thermische Nutzung des Untergrunds“ ist auf der Internetseite des Vereins zu finden.