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Wärmepumpentechnik Wärmequelle Erdreich

Das Erdreich ist ein guter Wärmespeicher, da die Temperaturen darin über das ganze Jahr mit 7 bis 13 °C (in 2 m Tiefe) relativ gleichmäßig sind. Über horizontal verlegte Erdkollektoren oder über vertikal in die Erde eingebrachte Erdsonden wird die gespeicherte Wärme mit einem Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel zum Verdampfer der so genannten Sole/ Wasser-Wärmepumpe (Sole im Primärkreislauf, Wasser im Sekundär- (Heizungs-) Kreislauf) gefördert. Der Wärmeentzug aus dem Erdreich erfolgt über großflächig verlegte Kunststoffrohrsysteme im Erdreich. Die Gewinnung der Wärme erfolgt über einen Wärmetauscher, der in einer unbebauten Fläche in der Nähe des zu beheizenden Gebäudes verlegt wird. Der Erdreichkollektor wird durch Sonneneinstrahlung, Regen, Tauwasser etc. regeneriert bzw. nutzt die Energie aus diesen Umwelteinflüssen.

Die Kunststoffrohre werden im Erdreich in einer Tiefe von 1,2 bis 1,5 m verlegt. Die einzelnen Rohrstränge sollten eine Länge von 100 m nicht überschreiten, da die Druckverluste und damit die aufzubringenden Pumpenleistungen sonst zu hoch würden. Die Rohrstränge sollten jeweils gleich lang sein, um so identische Druckverluste und folglich gleiche Durchströmungsbedingungen zu erreichen. Damit entzieht das Kollektorfeld dem Erdreich gleichmäßig die Wärme. Die Rohre sind an ihren Enden in etwas höher gelegenen Vor- und Rücklaufsammlern (Entlüftung) zusammengefasst. Jeder Strang sollte einzeln ab sperrbar sein. Die Sole wird mit einer Umwälzpumpe durch die Kunststoffrohre gepumpt; sie nimmt dabei die im Erdreich gespeicherte Wärme auf.

Die Regeneration des entwärmten Erdreiches erfolgt im Frühjahr und Sommer durch zunehmende Sonneneinstrahlung und Niederschläge, so dass sichergestellt ist, dass zur kommenden Heizperiode der Wärmespeicher Erdreich wieder für Heizzwecke zur Verfügung steht. Flächen über Erdkollektoren dürfen nicht bebaut oder versiegelt werden. Die nutzbare Wärmemenge und damit die Größe der notwendigen Fläche hängen stark von den thermophysikalischen Eigenschaften des Erdreiches und von der Einstrahlungsenergie, d. h. von den klimatischen Verhältnissen ab. Als Erdreich- Eigenschaften sind vor allem der Wasseranteil, die Anteile an mineralischen Bestandteilen, wie Quarz oder Feldspat, sowie der Anteil und Größe der Luftgefüllten Poren maßgebend.

Während für die Verlegung der Erdkollektoren in mehr als 1 m Tiefe größere Erdbewegungen nötig sind, ist die Einbringung einer Erdsonde mit modernen Bohrgeräten innerhalb weniger Stunden erledigt. Bei Anlagen mit Erdsonden ist die Bestimmung der Anordnung und Bohrtiefe besonders wichtig. Für solche Anlagen muss in Deutschland eine wasserrechtliche Erlaubnis eingeholt werden. Das Wasser-Wirtschaftsamt ist für Bohrungen bis 100 m Tiefe zuständig. Tiefergehende Bohrungen müssen durch das zuständige Bergbauamt zusätzlich genehmigt werden. In die Bohrung wird eine vorkonfektionierte Sonde eingeführt und anschließend der Hohlraum zwischen Sondenrohr und Bohrung mit Füllstoff verpresst. Es werden meist vier Rohre parallel eingesetzt (Doppel- U- Rohr- Sonde). Die Kosten für die Erstellung einer Bohrung einschließlich der Sonde belaufen sich je nach Bodenbeschaffenheit auf 50 bis 70 €/m.

Befindet sich die Sonde in einem ergiebigen Grundwasserleiter, können auch noch höhere Entzugsleistungen realisiert werden. Die Sole strömt in zwei Rohren vom Verteiler aus nach unten und wird durch zwei weitere Rohre wieder nach oben zum Sammler zurückgeführt. Als Arbeitsmedium im Erdkollektor oder in der Erdsonde wird Sole (Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel) eingesetzt, so dass keine Gefahr des Einfrierens besteht.

Von Georg am 17.09.08 9:33 |

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