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ErdwärmepumpeDie Nutzung von Erdwärme ist auch unter dem Begriff Geothermie bekannt. Erdwärme-Wärmepumpen arbeiten nach zwei unterschiedlichen Prinzipien:

  1. einer Erdwärmesonde oder
  2. einem Erdwärmekollektor.

Erdwärmepumpen mit Erdwärmesonde

Erdwärmesonden werden senkrecht ins Erdreich eingebracht und profitieren aufgrund der Einbautiefe von einer ganzjährig gleichmäßigen Erdtemperatur, die bereits in wenigen Metern Tiefe vorgefunden wird. Sie bestehen aus einem U-förmigen Kunststoffrohr, für das bei einem Standard-Einfamilienhaus ein etwa 100 Meter tiefes Bohrloch benötigt wird. Dieser Wert kann jedoch nach oben oder unten abweichen und ist sowohl von der Leitfähigkeit des Erdbodens als auch vom jeweiligen Wärmebedarf abhängig. Die Kunststoffröhre hat einen Durchmesser von etwa 15 cm, sodass nur ein geringer Bohrlochdurchmesser nötig ist. Sie ist mit einer frostsicheren Sole gefüllt, die als Wärmeträgermedium dient und durch die Rohre zum Wärmetauscher zirkuliert. Die Zirkulation wird durch eine elektrische Pumpe ständig aufrechterhalten. Die Zwischenräume, die sich zwischen den U-Rohren und dem Erdboden befinden, werden mit einem Spezialzement verfüllt, der für die optimale Weiterleitung der Wärme zwischen dem Erdreich und den Rohren sorgt.

Hinweise zur Einbringung von Erdwärmesonden
Die Einbringung von Erdwärmesonden ist aufgrund der Tiefe des Bohrlochs genehmigungspflichtig und außerhalb von Wasserschutzgebieten grundsätzlich überall möglich. Die Genehmigung ist bei der jeweils zuständigen Unteren Wasserbehörde einzuholen; Bohrungen, die tiefer als 100 Meter sind, erfordern eine bergrechtliche Genehmigung. Wenn die Bohrung auf einem Grundstück mit einem hohen Grundwasserspiegel erfolgen soll, sollte vorher der Rat eines Fachmanns eingeholt werden. Da die Einhaltung der Genehmigungsformalitäten für einen fachlichen Laien schwierig sein kann, sollte diese Leistung durch die beauftragte Bohrfirma erbracht werden.
Wärmepumpen mit Erdwärmesonden sind gerade bei sehr niedrigen Temperaturen zuverlässige Wärmelieferanten: Sie nutzen aus, dass bereits in einer Tiefe von zehn Metern die Bodentemperatur ganzjährig bei ca. 10° C liegt und außerdem etwa alle 30 Meter um etwa 1° C ansteigt.

Was Erdwärmesonden kosten:
Für die Erdwärmesonden müssen je kW Heizleistung Kosten in Höhe von 600 bis 1.000 Euro angesetzt werden. Für die Bohrungskosten werden in der Regel zwischen 30 und 50 Euro je Bohrungsmeter berechnet. Hier lassen sich jedoch keine klaren Aussagen treffen, da die Preise wegen der jeweiligen Bodenbeschaffenheit sowie der regionalen Kostenunterschiede sehr schwanken. Zu den Bohrungs- und Sondenkosten kommen dann noch die Erschließungskosten für die Wärmequelle und die Kosten für das Heizverteilsystem hinzu.

Erdwärmepumpen mit Erdwärmekollektoren

Erdwärmekollektoren werden in zwei Varianten angeboten: als Flächen- und als Spiralkollektor.

Wärmepumpen mit Erdwärmekollektoren sind deutlich preisgünstiger als die Modelle mit Erdwärmesonden, allerdings auch weniger effektiv. Daher werden sie auch nur für Gebäude mit einer sehr guten Wärmedämmung empfohlen. Aufgrund der besseren Leitfähigkeit arbeiten sie in feuchtem Boden besser als in sandigem. Das erklärt auch die deutlichen Leistungsschwankungen zwischen 10 und 40 Watt/qm Bodenfläche. Da bei einem Einsatz von Erdwärmekollektoren der Eingriff in die Erdoberfläche weit weniger massiv ist als bei einer Bohrung für eine Erdwärmesonde, muss die Verlegung von Erdwärmekollektoren nur bei der Unteren Wasserbehörde angezeigt werden und ist nicht genehmigungspflichtig.

Was Erdwärmekollektoren kosten:
Die Kosten für die Erdwärmekollektoren hängen vom Leistungsbedarf ab und liegen für Flächenkollektoren zwischen 2.500 und 3.500 Euro, manche Firmen berechnen jedoch bis zu 5.500 Euro.
Beim Kaufpreis für die Wärmepumpe sollte von ca. 10.000 Euro ausgegangen werden.

Der Erdwärmekollektor als Flächenkollektor

Flächenkollektoren werden in Form von Rohrschlangen waagerecht 1,5 Meter unter der Erdoberfläche verlegt. Sie sind mit einer frostsicheren Sole gefüllt und benötigen relativ viel Platz: Um ausreichend effektiv arbeiten zu können, muss die Kollektorfläche die 1 ½- bis 2-fache Größe der zu beheizende Fläche haben. Darüber hinaus muss beachtet werden, dass das Erdreich oberhalb der Kollektorfläche nicht mit tiefwurzelnden Pflanzen bestückt, nicht bebaut und nicht versiegelt werden darf. Nur so kann sichergestellt werden, dass die Energiereserven des Erdreichs durch Regenwasser und Sonnenlicht aufgefüllt und Beschädigungen an den Rohren vermieden werden können.

Der Erdwärmekollektor als Spiralkollektor

Mit Spiralkollektoren (auch: Erdwärmekörbe) kann durch den senkrechten Einbau in das Erdreich wesentlich platzsparender gearbeitet werden. Hierbei wird ein Kunststoffrohr zu einer Spirale umgeformt. Für die nötige Stabilität und Belastbarkeit sorgen Halteschienen. Die meisten Spiralkollektoren sind zwischen 2 ½ und drei Metern breit und haben einen Durchmesser von einem halben Meter. Die Einbautiefe beträgt in der Regel 3 ½ bis 4 ½ Meter. Die Funktionsweise ist die gleiche wie die des Flächenkollektors. Allerdings wird davon ausgegangen, dass ein Spiralkollektor eine Entzugsleistung von wenigstens 0,35 kW erbringen kann. Nur bei einem schwierigen Untergrund werden Spiralkollektoren in einer Tiefe von 1-1 ½ Metern waagerecht in den Boden eingesetzt.

Sonderbauformen für Wärmepumpen-Anlagen

Für Erdwärmepumpen gibt es zudem noch folgende Sonderbauformen:

Die Erdwärmepumpe mit Kapillarrohrmatten

Kapillarrohrmatten gleichen den Erdwärmekollektoren, haben jedoch sehr kleine Rohrdurchmesser und einen sehr geringen Rohrabstand. Mit ihnen ist ein gleichmäßigerer Wärmeentzug des Erdreichs und damit eine höhere Soletemperatur möglich. Allerdings muss, um freie Zwischenräume und damit Platz für die Versickerung von Schmelzwasser zu bekommen, im Frühling das Eis um den Kollektor praktisch komplett abtauen. Durch ihren hohen Preis von etwa 25 Euro/qm lohnt sich die Anschaffung von Kapillarrohrmatten jedoch trotz der geringen Verbrauchskosten nicht.

Die Erdwärmepumpe mit Grabenkollektoren

Grabenkollektoren bestehen aus mehreren Kollektorrohren, die entweder senkrecht oder leicht angeschrägt übereinander in einer einem Graben ähnelnden Vertiefung verlegt und befestigt werden. Hier müssen, um die Wirtschaftlichkeit dieses Anlagentyps einschätzen zu können, mehrere Aspekte betrachtet werden: Bei einem sehr engen Rohrabstand steigen die Materialkosten, allerdings wird auch der Energieentzug aus dem Erdreich größer. Grabenkollektoren können sehr gut für Niedrigenergiehäuser bei bindigen Bodenverhältnissen verwendet werden und erreichen dort einen besseren Nutzungsgrad als herkömmliche Kollektoren.

Die Erdwärmepumpe mit Direktverdampfer

Direktverdampfer sind eine Variante der Wärmepumpenanlagen mit waagerechten Kollektoren. Sie nutzen den Erdwärmekollektor direkt als Verdampfer. So wird der sonst übliche Verdampfungsvorgang in einem Wärmetauscher ersetzt. Da auf diese Weise die Druckverhältnisse und die Sauggastemperaturen steigen, werden höhere Leistungszahlen erreicht als sie mit einer Standard-Erdwärmepumpe möglich wären. Für Direktverdampfer werden keine Kunstoff-, sondern kunststoffummantelte Kupferrohre verwendet. Das führt zu erheblich höheren Anschaffungskosten. Außerdem ist für ihren Betrieb ein höherer Regelungsbedarf nötig, um ihre einwandfreie Funktion zu gewährleisten. Deshalb gibt es trotz der Stromeinsparung aufgrund des hierfür nicht benötigten Wärmetauschers kein wirtschaftlich vernünftiges Argument, den Direktverdampfer einer Standard-Erdwärmeanlage vorzuziehen.

An dieser Stelle kann keine Empfehlung für eine bestimmte Erdwärmepumpen ausgesprochen werden. Wissenschaftliche Untersuchungen haben ergeben, dass bei der Wahl einer Erdwärmepumpe auch die Beachtung der jeweiligen Klimazone sehr wichtig ist. So kann beispielsweise eine Kollektorfläche in der Klimazone 12 (Rheingraben) um etwa 38 % kleiner ausfallen als eine in der Klimazone 13 (weite Teile Bayerns). Vor der Wahl einer Erdwärmepumpe sollte auf jeden Fall der Rat eines Fachmanns eingeholt werden.

 

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