Für Erdwärmepumpen werden am häufigsten Erdwärmesonden und Erdkollektoren (auch Flächenkollektoren genannt) eingesetzt.
Beide Systeme sind zuverlässig und ausgereift, haben jeweils ihre Vorteile und Daseinsberechtigung.
Die Erdsonde nutzt die geothermische Wärme, also das, was an Wärme vom Erdinneren nach oben kommt. Es herrschen in der Regel in 15 Meter Tiefe das ganze Jahr über durchschnittlich 8 bis 12 Grad Celsius. In 100 Metern Tiefe erhöht sich die Gradzahl um etwa 3 Grad. Die Wärmeausnutzung unterliegt damit keinen Schwankungen und gibt Berechnungssicherheit.
Flächenkollektoren liegen unterhalb der Frostgrenze und nutzen hingegen die Sonnenwärme, die den Boden aufheizt. Dadurch kommt es gerade im Winter zu etwas geringeren Wärmekapazitäten in der oberen Erdschicht als bei den tiefer gelegenen Schichten, die die Erdsonde anzapft. Ab zirka 10 Meter Tiefe bleibt die Wärme das ganze Jahr über konstant.
Die Erdkollektoranlage wird bevorzugt von Eigentümern großer Grundstücke genutzt, da genügend Platz vorhanden ist und die Aushubarbeiten für die Flächenkollektoren gegenüber der Bohrung für die Erdwärmesonde günstiger sind.
Der Erdkollektor/Flächenkollektor einer Erdwärmepumpe
Wie tief der Aushub erfolgt, hängt von der Frostgrenze ab. In der Regel wird die Kollektoranlage in 1 bis 1,5 m Tiefe unterhalb (15 bis 30 cm) der Frostgrenze platziert. Für den Aushub ist genügend Platz einzurechnen. Dieser muss für die Tage der Kollektorinstallation bereit stehen. Der Aushub wird in der Regel von einer Firma durchgeführt. Wer Geld sparen will, kann auch selbst die Grube ausheben.
Anders als bei der Erdbohrung sind Kollektoranlagen nur zustimmungspflichtig, wenn die Installation im Grundwasserbereich erfolgt.
Die Entzugsleistung hängt immer von der Bodenbeschaffenheit ab. Trockener Boden hat weniger als den halben Entzugsleistungswert wie feuchtes Erdreich. Je trockener der Boden, desto enger wird auch der Verlegeabstand der Rohre und desto kleiner wird der Rohrdurchmesser.
Die Rohre werden mäanderartig oder in Schneckenform in waagerechter Position verlegt.
Die Rohre im Boden sind i. d. R. Stoffe nach Maße- und Güteanforderungen gemäß DIN 8074/8075. Das sind reine Kohlenwasserstoffpolymere (Polyethylen, Polypropylen, etc.), die leicht und stabil sind.
Zum besseren Verständnis: Jeder kennt etwa Polyethylen. Die gängigen Folien und Einkaufstüten bestehen aus diesem Stoff, aber auch Trinkwasserrohre, Kabelisolierungen und eben Rohre für Erdwärmesonden werden aus diesen Stoffen aufgrund ihrer hohen Resistenz und Unempfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen, Wasser, Säuren, Basen und chemischen Lösungsmitteln hergestellt.
Der Platzbedarf beträgt für ein Einfamilienhaus mit gewöhnlichem Energiebedarf etwa 40 bis 60 Quadratmeter. Während im Sommer das Erdreich wegen der intensiven Sonneneinstrahlung kaum Unterschiede zum benachbarten Erdreich aufweist, werden in den kälteren Monaten dem Erdreich Wärme entzogen. Das kann zu einer vorübergehenden Abkühlung des Bodens führen. Daher sind Mindestabstände zu Wasserleitungen und Gebäudeteilen von 1,5 Metern empfehlenswert. Auch ist die direkte Nachbarschaft zu Pflanzen mit starkem Wurzelwerk ungünstig, weil es zu späteren Beschädigungen kommen kann.
Die Rohrlänge sollte für einen Solekreis nicht mehr als 100 m betragen. Wenn die maximale Absorberrohrlänge mit einem Solekreis überschritten wird, können zwei Solekreise installiert werden.
Wenn die Rohre verlegt und ausgerichtet sind, wird deren Dichtheit geprüft und der Solekreislauf gefüllt. Anschließend können die Kollektoren von einem Sandbett oder Mutterboden eingebettet werden. Das sorgt für eine effektive Wärmeübertragung. Steine und Erdklumpen sind von den Kollektoren fernzuhalten. Die Rohre, die ins Haus münden, müssen wärmedämmend isoliert werden. Nachdem die Grube wieder mit dem Aushub befüllt wurde, muss das Erdreich ordentlich verdichtet werden. Das Problem des Absinkens des Erdreichs wurde in Fachforen bereits diskutiert. Eine fachgerechte Abdichtung ist daher unumgänglich.
Sinnvoll ist es, zwischen Rohrsystem und Oberfläche ein Warnband zu verlegen, damit später bei Baumpflanzungen etc. Beschädigungen vermieden werden. Bei zu klein ausgelegten Kollektorfläche aufgrund eines zu hohen Wärmebedarfs des Hauses kann es zu dauerhaften Vereisungen an den Kollektoren kommen. Problematisch wird es darüberhinaus, wenn die Schicht kein Wasser mehr hindurch lässt und der Boden verschlammt. Weiterhin muss ein fachgerechtes Bodenprofil erstellt werden, um Absackungen am Grundstück und Risse an den Hauswänden von vornherein auszuschließen.
Der Wärmeträger in den Rohren – der oft als Sole benannt wird – ist ein Wasser-Frostschutzmittelgemisch. Bei einem Austritt der Sole darf es zu keiner Grundwasserverschmutzung kommen. Daher sind nur Frostschutzmittel nach der Wassergefährdungsklasse 1 (schwach wassergefährdend) für Erdwärmepumpen erlaubt. Für eine genau bemessene Frostschutzgrenze wird ein Refraktometer eingesetzt. Frostschutzgrenzen unter - 20 Grad Celsius senken die Jahresarbeitszahl, weil bei einem Verhältnis von zu viel Frostschutz zum Wasser weniger Wärme transportiert wird.
Die Kosten für die Aushubarbeiten sind abhängig von der Technik (Rohre/Solekreis),der Bodenbeschaffenheit und der Tiefe der Grube. Wer Kosten sparen will, kann die Grube selbst ausheben und die Einbettung, d. h. das Umschließen der Kollektoren mit einem Sandbett/Mutterboden, eigenhändig vornehmen. Für ein Einfamilienhaus mit normalem Energiebedarf minimieren sich die Kosten für Aushub und Erdkollektoranlage gegenüber einer Erdwärmesonde mit Bohrung um bis zu 3000 Euro – bei Eigenleistungen sogar noch darüber hinaus.
Informationen zur Erdwärmesonde und Bohrung erhalten Sie hier:
Erdwärmesonde und Bohrung bei Erdwärmepumpen
