Erdwärmesonden sind ein Schlüsselelement in der oberflächennahen Geothermie und spielen eine zentrale Rolle bei der effizienten Nutzung erneuerbarer Energien. Das Netzwerk NanoGeoTherm widmet sich der Optimierung dieser zukunftsweisenden Technologie.

Erdwärmesonden, auch als Erdsonden bezeichnet, sind ein Teil von Wärmepumpensystemen und dienen als Wärmetauscher. Sie bestehen in der Regel aus Kunststoffrohren und sind so konzipiert, dass eine Wärmeträgerflüssigkeit zirkulieren kann, um die thermische Energie aus dem Untergrund zu entziehen (heizen) oder darin zu speichern (kühlen). Die genaue Zusammensetzung und Form der Sonden variiert je nach Hersteller und spezifischer Anwendung.

Anforderungen:

Die Materialien für Erdwärmesonden müssen bestimmte Eigenschaften aufweisen, um den Anforderungen gerecht zu werden. Dazu gehören:

• Dichtigkeit: Die verwendeten Materialien müssen dicht sein, um ein unkontrolliertes Ein- oder Ausdringen von Wasser oder anderen Substanzen zu verhindern
• Beständigkeit: Die Materialien müssen beständig gegenüber der Wärmeträgerflüssigkeit und dem anstehenden Grundwasser sein, um eine langfristige und zuverlässige Nutzung zu gewährleisten
• Wärmeleitfähigkeit: Die Materialien müssen eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen, um eine effiziente Wärmeübertragung zwischen dem Erdreich und der Wärmeträgerflüssigkeit zu ermöglichen.

Arten von Erdwärmesonden

Es gibt verschiedene Arten von Erdwärmesonden, die zur Gewinnung von Wärme aus dem Untergrund eingesetzt werden. Die gebräuchlichsten Typen sind:

• Doppel-U-Sonden: vier parallele Polyethylen-Kunststoffrohren, von denen je 2 am unteren Ende über ein U-förmiges Fußteil verbunden sind. Es gibt insgesamt 2 Vor- und 2 Rücklaufrohre.
• Koaxiale Sonden: zwei ineinandergesetzte Rohre. Der Vorlauf der Wärmeträgerflüssigkeit erfolgt im Innenrohr, der Rücklauf im Ringraum (zwischen dem inneren und dem äußerem Rohr der Koaxialsonde)
• Multirohrsonden: bestehen aus mehreren Rohren. Der Vorlauf erfolgt wie bei Koaxialsonden über ein zentrales Rohr. Der Rücklauf erfolgt über mehrere umrundende Rohre.

Umweltverträglichkeit

Die Sicherheit und Umweltverträglichkeit stehen bei unserer Forschung an oberster Stelle. So wurde bspw. in umfangreichen ökotoxikologischen Untersuchungen mit MWCNT gezeigt, dass keine negativen Auswirkungen auf Organismen wie Grünalgen, Leuchtbakterien, Wasserflöhe und Bachflohkrebse bestehen. 

Ausblick

Durch die Kombination von Heiz- und Kühlfunktionen sowie die mögliche Integration in Energiespeichersysteme bieten Erdwärmesonden ein enormes Potenzial für die nachhaltige Energieversorgung von Gebäuden. Dabei eröffnet die Optimierung von Erdwärmesonden durch Nanotechnologie neue Möglichkeiten für die effiziente Nutzung dieser nachhaltigen Energiequelle.