Im Rahmen des IEA HPT Annex 61 wird eine umfassende Analyse der Systemgestaltung für Quartiere mit Fokus auf der Einbindung von Wärmepumpen (WP) umgesetzt. Ziel ist es, durch innovative Technologien, Planungstools und effiziente Gebäudekonzepte ein effizientes und wirtschaftliches Versorgungskonzept zu erreichen. Besonders bei bestehenden oder hochverdichteten Quartieren gestaltet sich die Umsetzung herausfordernd, da die Flexibilität im Design begrenzt ist und die Planung der WP-Systeme komplexer wird. Es werden verschiedene Systemkonfigurationen definiert und deren Eignung in Abhängigkeit von klimatischen Bedingungen, Gebäudetypen (Wohngebäude, Nichtwohngebäude) sowie lokalen Randbedingungen wie Platz- und Lärmschutz analysiert. Zudem müssen unterschiedliche Temperaturniveaus abdeckt werden, z. B. Raumheizung (RH), Warmwasserbereitung (TWW) und Raumkühlung. Je nach Last und Verfügbarkeit der Niedertemperaturwärmequelle (vor Ort oder in der Nähe) stehen verschiedene Integrationsoptionen zur Verfügung:

• Zentral (WP pro Block/ Quartier)
• Semi-zentral (zentrale WP + dezentrale Booster-WP)
• Dezentral (gebäudeweise WP)
• Gemischt (z. B. zentral WP für RH, dezentral WP für TWW)

Es wird ein kostenoptimaler Planungsworkflow vorgestellt, der die Entscheidung für die passende Systemlösung erleichtert. Während dezentrale WP in der Regel die beste Systemleistung bieten, sind zentrale Systeme oft kostengünstiger in der Investition. Booster-WP auf dezentraler Ebene ermöglichen niedrigere Verteilungstemperaturen und sind besonders bei heterogenen Gebäudestrukturen interessant. Anhand von Fallstudien aus Deutschland, Österreich und der Schweiz wird die Anwendbarkeit des Ansatzes demonstriert. Ziel ist es, eine Grundlage für eine integrierte, kostenoptimale Planung von Versorgungskonzepten für Quartiere zu schaffen, um die Energiewende in urbanen Räumen effizient voranzutreiben. Die Ergebnisse leisten somit einen Beitrag zur nachhaltigen Quartiersentwicklung und zur Optimierung von Wärmepumpensystemen im Kontext der Energiewende.

Die thermische Nutzung des Untergrunds über Erdwärmesondenfelder ist ein etabliertes Verfahren zur dezentralen Wärme- und Kälteversorgung. Dabei verändert sich das Temperaturniveau über die gesamte Tiefe der Bohrungen hinweg. Bei großflächigen Anlagen kann sich der thermische Einfluss bis an die Grundstücksgrenze ausdehnen – und diese mitunter deutlich überschreiten.

Im Gegensatz dazu konzentrieren sich Brunnenanlagen auf die Nutzung eines einzelnen Grundwasserleiters. Die Temperaturdifferenz zwischen Entnahme und Wiedereinleitung ist zwar meist gering, dennoch entsteht in der unmittelbaren Umgebung eine deutliche thermische Veränderung im Aquifer. Diese kann sich – abhängig von Fließrichtung und Durchlässigkeit – über größere Entfernungen ausbreiten und auch benachbarte Grundstücke beeinflussen.

In dicht bebauten Räumen oder bei benachbarter Nutzung angrenzender Flächen kann es zu gegenseitigen thermischen Beeinflussungen kommen – mit potenziellen Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit und Betriebssicherheit beider Systeme. Der Beitrag beleuchtet die Bedingungen, unter denen solche Überlagerungen entstehen können, und zeigt auf, welche planerischen Aspekte frühzeitig berücksichtigt werden sollten, um Nutzungskonflikte zu vermeiden.

Ziel des BMWE geförderten Forschungsprojekt UrbanGroundHeat ist es die Wärmewende in urbanen Bestandsquartieren voranzutreiben. Um Klimaziele im Gebäudebereich in Deutschland kurz- und mittelfristig zu erreichen, ist eine deutlich größere Marktdurchdringung von Wärmepumpensystemen im Gebäudebestand notwendig. Die Umstellung bestehender Heizsysteme auf geothermiebasierte Wärmepumpensysteme spielt dabei eine zentrale Rolle.

Dafür wurden für reale Bestandsquartiere Optionen einer nachhaltigen geothermische Wärmeversorgung untersucht. Verschiedene Versorgungsvarianten – dezentrale Versorgung, kalte Netze, warme Netze, jeweils mit und ohne Regeneration – wurden detailliert technisch, regulatorisch und ökonomisch verglichen.

Auf Basis modellbasierten Potentialuntersuchungen und Vorplanungen wurden die Umsetzungsoptionen für bestehende Quartiere mit den beteiligten lokalen Energieversorger erarbeitet und bewertet.

Die Ergebnisse – insbesondere die wirtschaftlichen Kennwerte – und das Vorgehen der Szenarienentwicklung werden vorgestellt, verglichen und bewertet.

Beteiliget Partner: Fraunhofer IEE, Fraunhofer IEG, GASAG Solution Plus, Trianel, ISFH Hameln, Stiftung Umweltenergierecht, Stadtwerke SH, Stadtwerke Solingen,
GGEW Bergstraße, Stadtwerke Münster Stadtwerke Ahlen

Die thermische Nutzung von Grundwasser ist eine effiziente und nachhaltige Lösung der oberflächennahen Geothermie – besonders in dicht besiedelten Gebieten mit hohem Wärme- und Kühlbedarf. Im Vortrag werden vier großtechnische Anlagen in Neubau- und Bestandsprojekten vorgestellt, die unterschiedliche geologische, hydrologische und infrastrukturelle Rahmenbedingungen widerspiegeln.

Dabei werden typische Herausforderungen in Planung, Genehmigung und Betrieb beleuchtet sowie zentrale Erfolgsfaktoren aufgezeigt – von hydrogeologischen Voruntersuchungen über Monitoringkonzepte bis zur Integration in komplexe Energiesysteme.

Ein Vergleich mit alternativen Systemen wie Erdwärmesonden verdeutlicht die Potenziale und Grenzen der Grundwassernutzung. Ziel ist es, auf Basis konkreter Erfahrungen praxisnahe Hinweise für zukünftige Projekte zu geben und Impulse für eine breitere Nutzung dieser Technologie zu setzen.

Im Forschungs- und Entwicklungsvorhaben GRETA werden deutschlandweit Potenziale einer geothermischen Wärme- und Kälteversorgung sowie der Wärmespeicherung im geologischen Untergrund systematisch ermittelt. Ziel ist es, eine belastbare, räumlich differenzierte und methodisch standardisierte Datengrundlage für die nationale Wärmeplanung sowie die Erfüllung der EU-Berichtspflichten (RED II) zu schaffen. Ausgangspunkt ist die bislang fehlende flächendeckende Quantifizierung geothermischer Potenziale und deren wirtschaftlicher Erschließbarkeit.

Die Potenzialermittlung basiert auf 20 repräsentativen Nutzungstypen, die die oberflächennahe und die tiefe Geothermie adressieren. Unterschieden wird nach offenen und geschlossenen Systemen sowie nach Anwendungen passiver Kühlung. Eine zentrale Zielgröße ist die jährlich nutzbare Wärmemenge pro Flächeneinheit unter Berücksichtigung technischer, ökologischer und ökonomischer Restriktionen.

Grundlage der Potenzialanalyse sind die Begriffe des technischen Angebots- und Nachfragepotenzials, anhand derer geeignete Parameter definiert und quantitative Potenzialkennwerte abgeleitet werden. Diese systematische Begriffsnutzung ermöglicht eine konsistente und übertragbare Ergebnisdarstellung und unterstützt die Entwicklung eines nationalen Berichtsstandards für geothermische Potenziale.

Ergänzend zur geowissenschaftlich-technischen Analyse werden die Nutzungskonzepte auch ökonomisch bewertet. Für jedes Konzept werden Investitions-, Betriebs- und Energiekosten modelliert, um technologie- und standortspezifische Wärmegestehungskosten (Levelized Cost of Heat/Cooling, LCoH) zu berechnen. Zusätzlich fließen sektorspezifische Nachfrageprofile sowie Infrastrukturaspekte wie Wärmebedarfsdichte und Fernwärmeanbindung in die Bewertung ein.

GRETA liefert damit eine belastbare Grundlage zur Identifikation wirtschaftlich erschließbarer geothermischer Potenziale. Die Ergebnisse ermöglichen eine Priorisierung kosteneffizienter Einsatzoptionen, unterstützen Investitionsentscheidungen öffentlicher und privater Akteure und tragen zur strategischen Steuerung der Wärmewende bei.