Erdwärmekollektor

Errichtung von Erdwärmekollektoren

Erdwärmekollektoren arbeiten mit einem horizontal verlegten Rohrsystem in einer Tiefe von 1 bis 5 Meter. Sie nutzen, streng genommen, keine geothermische Energie sondern solare Strahlungsenergie, die die oberen Erdschichten zu großen Teilen aufheizt. Die Fläche, die für den Kollektor benötigt wird, ist abhängig von der zu beheizenden Fläche im Haus. Grob gilt die Faustregel, pro Quadratmeter zu beheizende Fläche werden 2 m² Kollektorfläche benötigt. Die verlegten Rohrleitungen des Kollektors können Längen von über 100 Metern erreichen. Die Rohrleitungen sollte unterhalb der Frostgrenze der jeweiligen Klimazone - um Frostschäden im Winter zu vermeiden – und oberhalb der Eindringtiefe der sommerlichen Regeneration – für eine höhere Effizienz des Wärmepumpensystems – verlegt werden.

Funktionsweise eines Erdwärmekollektors

In den Rohrleitungen zirkuliert ein Wärmeträgermedium (meist Wasser-Monoethylenglykol-Gemisch). Das Wärmeträgermedium nimmt die Wärme aus dem Untergrund auf und gibt diese an einen Verdampfer einer Wärmepumpe ab. Eine andere Technologie eines Erdwärmekollektorsystems besteht in der Direktverdampfung des Kältemittels im Kollektor. 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 eines Erdwärmekollektors

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 (Unteren Wasserbehörde der Kreisverwaltung/Kreisstadt, zuständigen 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 eines Erdwärmekollektors

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 von Bäumen aus, da deren Wurzelwerk die Rohrleitungen beschädigen könnte. Die Versiegelung der Fläche hat ebenfalls einen negativ Einfluss auf die Effizienz der Anlage, da durch die Versiegelung das Eindringen von Regenwasser und der solaren Wärme in die oberen Bodenschichten nicht gewährleistet wird. Die Effizienz eines Erdkollektors kann ebenfalls gesteigert werden, wenn die Anlage sowohl für Heiz- als auch für Kühlzwecke eingesetzt wird. Beim Bau einer Anlage mit Flächenkollektor sollte darauf geachtet werden, dass die Kollektorrohre im Untergrund einen Mindestabstand zueinander aufweisen, da sonst die Gefahr einer weiträumigen Bodenvereisung im Winter besteht.