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.
Der Hauptvorteil der Erdsonden ist der geringe Platzbedarf und die höhere Effektivität. Daher wird die Erdwärmegewinnung in dieser Form insbesondere von Eigentümern kleiner Grundstücke favorisiert. Der Nachteil dieser Technik sind die damit verbundenen hohen Bohrkosten. Diese können nicht genau beziffert werden und hängen von der Bodenbeschaffenheit, der Bohrtiefe und den Behördenauflagen ab. Es kommt im Jahr zu ca. 30.000 Bohrungen in Deutschland. Dabei auftretende Schadensfälle sind nicht ausgeschlossen, aber eher selten.
Die Erdsonde:
Wie tief die Bohrung erfolgt, hängt von der Heizlast und der Größe der zu beheizenden Räume (Energiebedarf) ab. In der Regel geht die Bohrung bis zu 100 m tief senkrecht in den Boden. In diesen Tiefen finden die Genehmigungen nach dem Wasserhaushaltsgesetz (WHG) und den Länderbestimmungen Anwendung. Tiefere Bohrungen – die derzeitigen Bohrausrüstungen gehen bis zu 300 m tief – bringen das Bergrecht nach dem BBergG ins Spiel und bestimmen die Richtlinien für das Gewinnen von Erdwärme. Vereinzelte Bundesländer (Bayer, B-W, Hessen, NRW, R-P) haben für diesen Zweck eigene Bestimmungen auf den Weg gebracht. Bei Bohrungen bis 100 m ist das Landratsamt zuständig für die Erteilung der Genehmigung. Bei tieferen Bohrung muss ein Antrag beim zuständigen Bergamt gestellt werden. Der Bohrfachbetrieb berät, worauf bei der Bohrung und dem Genehmigungsverfahren zu achten ist. Grundsätzlich können bis auf Wasserschutzgebiete überall Bohrungen vorgenommen werden.
Die Entzugsleistung hängt immer von der Bodenbeschaffenheit ab. Trockenes Sediment hat etwa nur den halben Entzugsleistungswert wie feuchte, lehmhaltige Böden, und nur 1/3 von Granit oder Sandstein. Für eine höhere Entzugsleistung der Wärme aus dem Boden können auch mehrere Sonden ins Erdreich geführt werden.
Die Sonden und 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.
Grundsätzlich werden vier Rohre mit der Erdwärmesonde ins Erdreich geführt. Eine fünfte Sonde sorgt für eine Verpressung mit einer Tonmineral/Zementsuspension. Die Verpressung ist nicht überall Pflicht, sollte aber trotz der höheren Kosten für einen einwandfreien Wärmefluss gemacht werden. Damit wird sichergestellt, dass die Erdwärmesonde dauerhaft dicht, statisch korrekt und optimal im Wärmeübergang ist. Bei der Verpressung werden Lücken und Hohlräume im angrenzenden Erdreiche gefüllt. Anschließend wird bei bis zu einem vielfachen Betriebsdruck die Dichtheit der Erdwärmesonde geprüft.
Generell werden Erdsonden als eine langanhaltende und zuverlässige Anlage betrachtet, die über 50 Jahre ihre Arbeit verrichtet. Erdbewegungen durch Umwelteinflüsse (z. B. Erdrutsch am Hang) oder Erdbeben können Erdsonden beschädigen. Werden die Erdwärmesonden zu klein für den Wärmebedarf des Hauses ausgelegt, kann es zu Auskühlungen bis hin zur Vereisung der Sonden kommen.
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 Erdwärmesonden erlaubt.
Die Kosten für die Bohrung sind abhängig von der Bodenbeschaffenheit, der Bohrtiefe und den Behördenauflagen. So kommen für ein Einfamilienhaus mit normalem Energiebedarf Kosten für Bohrung und Sonde von durchschnittlich 5000 bis 7000 Euro (und mehr, wenn Verpressung und ungünstige Bodenbeschaffenheiten hinzukommen) zustande. Pi x Daumen beträgt der Bohrmeter 50 Euro (plusminus 20 Euro). Ein Vergleich der Bohranbieter lohnt in jedem Fall, weil die Preise stark schwanken und einen vierstelligen Betrag im Vergleich ausmachen können.
In letzter Zeit wurde eine neue Bohrungstechnik von der Firma Vaillant Geosysteme vorgestellt, die mit Wasserdruck (bis zu 1.000 bar) in die Tiefe vordringt. Die Schlammemissionen entfallen bei dem so genannten Geojetting, weil der hohe Druck das Gestein in feine, körnige Elemente aufbricht und diese in die benachbarten Gesteinsteile presst. Das Bohrverfahren ist bis zu fünfmal schneller und spart gleichzeitig bis zu 30 Prozent der Kosten gegenüber der herkömmlichen Bohrung. Das Geojetting ist eine interessante Technik, die Kosten und Dreck an der Oberfläche begrenzen und die Erschließung der Erdwärme mit Erdsonden in Zukunft noch effizienter macht.
Weitere Infos zum Geojetting:
http://www.vaillant-geosysteme.de/de/news/aktuelle-news.html
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Erdkollektor/Flächenkollektor Hubarbeiten für Erdwärmepumpen
