Erdwärmekollektor

Erdwärmekollektoren arbeiten mit einem horizontal verlegten Rohrsystem in einer Tiefe von 1 bis 5 Metern. Sie nutzen, strenggenommen, keine geothermische Energie, sondern solare Strahlungsenergie, durch die die oberen Erdschichten saisonal aufheizt werden.

Die Fläche, die für den Kollektor benötigt wird, ist abhängig von der zu beheizenden Fläche im Haus. Grob gilt die Faustregel, pro Quadratmeter zu beheizender Fläche werden 2 m² Kollektorlänge benötigt. Je nach Gebäude können die verlegten Rohrleitungen des Kollektors im Fall eines Mehrfamilienhauses Längen von über 100 Metern erreichen. Die Rohrleitungen sollte unterhalb der Frostgrenze der jeweiligen Klimazone verlegt werden – um Frostschäden im Winter zu vermeiden – und oberhalb der Eindringtiefe der sommerlichen Regeneration – für eine höhere Effizienz des Wärmepumpensystems. Die Leitungen werden ähnlich wie bei einer Fußbodenheizung in Mäandern verlegt.

Funktionsweise

In den Rohrleitungen zirkuliert ein Wärmeträgermedium (meist Wasser-Monoethylenglykol-Gemisch). Das Wärmeträgermedium nimmt die Wärme aus dem Untergrund auf und gibt diese an den Verdampfer der Wärmepumpe ab. Alternativ kann im Erdwärmekollektorsystem eine Direktverdampfung des Kältemittels stattfinden. Dabei agiert das Rohrsystem des Erdkollektors als Verdampfer des Wärmepumpensystems. Der apparative Aufbau eines solchen Systems ist geringer, das Volumen des Kältemittels ist allerdings bei Direktverdampfungssystemen deutlich höher.

Genehmigung

Da die verwendeten Wärmeträgermedien und Kältemittel von Erdwärmekollektoren gering toxisch sein könnten, gelten besonders für Grundwasserschutzgebiete detaillierte Vorgaben beim Bau und Betrieb von Erdwärmekollektoren. Es sollte mit der zuständigen Landesbehörde (Untere Wasserbehörde der Kreisverwaltung / Kreisstadt, zuständige Regionalstelle Wasser, Boden, Abfall der Struktur- und Genehmigungsdirektion – SDG Süd und SDG Nord) abgeklärt werden, ob für die Errichtung eines Erdwärmekollektors eine Genehmigungspflicht besteht. In Gebieten, in denen aufgrund von wasserrechtlichen Belangen die Errichtung von Erdwärmesonden nicht gestattet ist, können Erdwärmekollektoren eine wirtschaftlich interessante Alternative darstellen.

Planung

Für die Planung einer solchen Anlage sollten geologische Daten (Bodenkarten, hydrogeologische Karten, etc.) herangezogen werden, da die zu erreichende Wärmentzugsleistung unter anderem vom Wassergehalt und der Bodenbeschaffung (Porosität bzw. Luftgehalt des Bodens) abhängt. Böden mit einem hohen Wassergehalt sind aufgrund ihrer dadurch erhöhten Wärmeleitfähigkeit besser für die Installation einer solchen Anlage geeignet. Auch das Volumen des aktivierten Erdreiches hat einen entscheidenden Einfluss auf die Wärmeentzugsleistung, je größer das Volumen ist, desto mehr Wärme kann aus dem Boden entzogen werden.

Die Fläche unter der die Kollektorrohre verlegt werden, sollte nicht bebaut werden. Dies schließt auch eine Bepflanzung mit Bäumen aus, da deren Wurzelwerk die Rohrleitungen beschädigen könnte. Die Versiegelung der Fläche hat ebenfalls einen negativen Einfluss auf die Effizienz der Anlage, da durch die Versiegelung das Eindringen von Regenwasser und der solaren Wärme in die oberen Bodenschichten nicht möglich ist. Die Effizienz eines Erdkollektors kann ebenfalls gesteigert werden, wenn die Anlage sowohl für Heiz- als auch für Kühlzwecke (im Sommer) eingesetzt wird.

Beim Bau einer Anlage mit Flächenkollektor sollte darauf geachtet werden, dass die Kollektorrohre im Untergrund einen Mindestabstand zueinander aufweisen und auf die Wärmeentzugsleistung der Wärmepumpe abgestimmt sind, da sonst die Gefahr einer weiträumigen Bodenvereisung im Winter besteht.