Erdwärme

Regenerative Energie zu günstigen Kosten mit der Wärmepumpe.

Wärmepumpen können die Energieffizienz eines Hauses drastisch steigern. Letztlich macht sich das durch einen sehr günstigen Primärenergiebedarfs-Wert im Energieausweis bemerkbar und entscheidet über den Sprung zum Energiesparhaus.

Alle Wärmepumpen dienen der Gewinnung von Wärme aus der Umwelt. Während bei der Grundwasserwärmepumpe diese Wärme dem Grundwasser entnommen wird, nutzen Luft-Wärmepumpen eben Luft als Wärmequelle. Die Erdwärmepumpe ist eine Technologie, die im Erdreich vorhandene Wärme nutzt. Dabei ist prinzipell immer ein nutzbares Potenzial vorhanden, wenn die Temperatur über dem absoluten Nullpunkt (-273 °C) liegt.
Das Brunnenbild
Ähnlich wie bei einem Brunnen braucht jedoch das Heben dieses „Schatzes“ auch wieder Energie: Und dabei ist schnell einsichtig, dass es mehr Hebe-Energie braucht, je tiefer die Quelle liegt, bzw. je höher der Entnahmepunkt ist. Im Zusammenhang mit Wärmepumpen sind dies das Temperaturniveau der Erde (unten) und das Temperaturniveau, mit dem die Wärme ins Haus geliefert werden soll (oben). Das ist die Vorlauftemperatur des Heizkreises. Hieraus erklärt sich sofort, warum die Nutzung von Flächenheizungen (Wand-, Fußbodenheizung) vorteilhaft ist. Die Aussage Einiger, dass nur ein gut wärmegedämmtes Haus mit Flächenheizung überhaupt für den Wärmepumpenbetrieb geeignet sei, ist dagegen falsch. Das Brunnenbild betrachtend wird deutlich, dass der Aufwand steigt. In einer mehrstufigen Wärmepumpe ist es sogar möglich, die Vorlauftemperatur auf 70°C anzuheben.

Der Prozess des Hebens ist der Kern der Wärmepumpe. Der weitaus größte Teil der Wärmepumpen nutzt einen Kompressorkreislauf. Das funktioniert ähnlich wie beim Kühlschrank. Beim Kühlschrank wird dem kalten Innenraum weitere Wärme entzogen und an die Umgebung (Küche) auf höherem Niveau abgegeben.

Bei der Wärmepumpe als Heizung wird die Wärme der Erde mittels Wasser durchflossener Sonden entnommen. Dieses, oft mit einem Frostschutzmittel versehene, Wasser hat typischerweise eine Temperatur zwischen 0 und 6°C. Im Verdampfer gibt dieses Medium des ersten Kreislaufs einen Teil seiner Wärme über die Wandungen des Wärmetauschers an das Kältemittel der Wärmepumpe ab. Dies hat am Ende des Verdampfers eine Temperatur, die durch Kompression erhöht wird. Indem das Kältemittel auf einen hohen Druck gebracht wird, steigt seine Temperatur auf z.B. 80°C. Nun wird dieses heiße Gas in einem zweiten Wärmetauscher wieder abgekühlt. Dabei übergibt es seine Wärmeenergie an das Heizwasser. Bei dieser starken Abkühlung kondensiert das Kältemittel großenteils wieder. Durch ein Drosselventil gelangt das Kältemittel wieder an den Start seiner Reise.

Das erzeugte Warmwasser dient nun der Raumheizung, so wie man es von jeder Kesselheizung auch kennt. Es gibt Schwankungen zwischen Lieferung und Bedarf an Wärme und es gibt Abschaltzeiten, die viele Stromversorgungsunternehmen zur Glättung ihres Stromangebots in Spitzenzeiten verhängen. Zum Abpuffern dieser Schwankungen ist in den meisten Anlagen ein Pufferspeicher vorgesehen.  Die Steuerung ist ein wichtiger Bestandteil, der auch zur langfristigen Überwachung der Erdsonden dient.

Da die Effektivität des Prozesses besser ist, je geringer die Abgabetemperatur ist, bemüht man sich bei Heizungen mit Wärmepumpen darum, die Vorlauftemperatur möglichst gering zu halten. Obwohl es durchaus möglich ist, Vorlauftemperaturen von 50 oder auch 60 Grad zu erreichen, steigt die Effektivität erheblich, wenn nur 35°C abgenommen werden müssen. Wenn die Wahl besteht, wie z.B. bei Neubauten, dann werden Flächenheizungen installiert. Für eine Fußboden- oder Wandheizungen ist eine Vorlauftemperatur von 35°C immer völlig ausreichend.

Dies begünstigt dann auch eine hohe Jahresarbeitszahl (JAZ). Die JAZ ist das Verhältnis der innerhalb eines Jahres gelieferten Wärme zur eingesetzten elektrischen Energie. Im oben stehende Bild ist dies also das Verhältnis zwischen dem roten Pfeil und dem gelben. Zu jedem Temperaturverhältnis zwischen Erdreich und Heiztemperatur gehört ein sogenannter COP (Coefficient of Performance). Der COP drückt genau für diesen Betriebspunkt das Verhältnis gelieferter zu eingesetzter Energie aus.

Da im Verlauf eines Jahres sehr unterschiedliche Betriebsverhältnisse durchlaufen werden, schwankt der COP. Typische Werte der JAZ liegen für die Erdwärmepumpen zwischen 4 und 6. Für die Förderung durch das BAFA wird ein Minimum von JAZ≥3,7 im Gebäudebestand, bzw JAZ≥4,0 im Neubau gefordert. Wird dieser Wert vorher von einem Energieberater berechnet und nach einem Jahr durch Messungen bestätigt, dann beträgt die Förderung für die Nachrüstung in einem Einfamilienhaus mit 160 m² Wohnfläche z.B. 3.000 Euro.

Ein wichtiger Punkt, der den Einsatz von Erdwärmepumpen beeinträchtigen kann, ist die geothermische Ergiebigkeit des Erdreichs. Schon in einer sehr frühen Phase der Grundlagenermittlung muss geprüft werden, ob an einem gegebenen Standort genug Erdwärme verfügbar ist. Hierbei ist zum Beispiel entscheidend, ob Warmwasser mit der Wärmepumpe erzeugt werden soll und ob eine Solaranlage zum Einsatz kommt, deren sommerlicher Wärmeüberschuss im Erdreich gespeichert werden kann. Eine Simulation der Erdwärmesonde wird regelmäßig gemacht, bei größeren Projekten werden durch einen „thermal-response-test“ die tatsächlichen geologischen Verhältnisse ermittelt.

Die Kosten für Erdwärmebohrungen sind in den letzten Jahren leicht gesunken. Da viel Erfahrung in diesem Bereich der Heiztechnik vorliegt, kann die Erdwärmeheizung als zuverlässig und effizient angesehen werden.

Sprechen Sie mit uns, wir prüfen gerne, ob der Einsatz einer Erdwärmepumpe in Ihrem Gebäude möglich ist: Haustechnikplanung

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