Der Boden in seiner Vielfalt ist die Grundlage der pflanzlichen Produktion in der Forst- und Landwirtschaft und zunehmend auch Energiespeicher für technische Prozesse. Mit den zunehmenden Herausforderungen zwischen Ökonomie, Ökologie und Gemeinwohl wird immer deutlicher, dass es mehr denn je nötig wird, möglichst viele Vorgänge und Faktoren, besonders in oberflächennahen Erdschichten zu kennen, um einerseits […]

Der Boden in seiner Vielfalt ist die Grundlage der pflanzlichen Produktion in der Forst- und Landwirtschaft und zunehmend auch Energiespeicher für technische Prozesse. Mit den zunehmenden Herausforderungen zwischen Ökonomie, Ökologie und Gemeinwohl wird immer deutlicher, dass es mehr denn je nötig wird, möglichst viele Vorgänge und Faktoren, besonders in oberflächennahen Erdschichten zu kennen, um einerseits Flora und Fauna und damit die Fruchtbarkeit des Bodens zu erhalten, aber auch thermische Vorgänge effizienter zu nutzen.
Durch die prognostizierten Klimaänderungen können sich in Deutschland auch gravierende Folgen für die Bodennutzung ergeben. Im Zusammenhang damit verändern sich Niederschlagsmengen und deren Verteilung innerhalb Deutschlands und im Jahresverlauf. Die verringerten jährlichen Niederschläge sowie eine erhöhte Verdunstung führen zu einem Rückgang der Sickerwassermengen. Da die Abschätzung der einzelnen Evapotranspiration mit erheblichen Unsicherheiten verbunden ist, wird in den vorbereitenden Planungsphasen dringend ein zusätzlicher Anpassungsprozess empfohlen.
Als oberflächennahe Bodenschichten sind die Bodenqualitäten einbezogen, die direkt unterhalb der Erdoberfläche bis zu einer maximalen Tiefe von 2,0 m liegen, wie in Bild 1 skizziert.

Bild 1: Schematische Anordnung Erdreichschichten

In dem in Bild 1 benannten Erdreich laufen im ganzen Jahr sehr verschiedene und auch komplexe thermische Wechselwirkungen mit der Außenumgebung ab. Die relevantesten physikalischen Eigenschaften des Erdreichs sind:
– die Wärmeleitfähigkeit λ_E in W/(m*K),
– die spezifische Wärmekapazität c_(p,E) in Wh/(kg*K) bzw. Wh/(m³*K),
– die Temperatur t_E in °C und die Temperaturschichtung im Erdreich.

Im Anwendungsfall der oberflächennahen Erdwärmenutzung wird der Boden vorwiegend als Wärmespeicher in Anspruch genommen, aber der Bodenschutz darf nicht vernachlässigt werden. Die benannten wärmetechnischen Eigenschaften sind regional sehr unterschiedlich und variieren innerhalb einer Bodenart außergewöhnlich stark. Die wichtigsten physikalischen Eigenschaften für die Nutzung oberflächennaher Erdwärme müssen deswegen immer belastbar festgestellt werden. Sorgfalt und Sachverstand sind zwingende Voraussetzungen für die Planung, Ausführung und den Betrieb einer oberflächennahen Erdwärmenutzungsanlage.

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