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 Quadratmeter (m²) Kollektorfläche benötigt. Die tatsächlich benötigte Kollektorfläche hängt eng mit dem energetischen Zustand des Gebäudes zusammen. Die Rohrleitungen sind unterhalb der Frostgrenze der jeweiligen Klimazone zu verlegen, um Frostschäden im Winter zu vermeiden. Sie dürfen jedoch nicht zu tief im Erdreich liegen, damit sie von der sommerlichen Wärme erreicht werden. So kann sich das Erdreich thermisch regenerieren und es ist eine höhere Effizienz des Wärmepumpensystems gewährleistet. Die Leitungen werden ähnlich wie bei einer Fußbodenheizung in Mäandern verlegt.

Funktionsweise

In den Rohrleitungen zirkuliert ein Wärmeträgermedium (meist Wasser-Glykol-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 in geringem Umfang toxisch sein können, gelten besonders für Grundwasserschutzgebiete detaillierte Vorgaben beim Bau und Betrieb von Erdwärmekollektoren. Der Betreiber muss mit der zuständigen Behörde (Untere Wasserbehörde der Kreisverwaltung / Kreisstadt, zuständige Regionalstelle Wasser, Boden, Abfall der Struktur- und Genehmigungsdirektion – SDG Süd und SDG Nord) abklären, 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 sind geologische Daten (Bodenkarten, hydrogeologische Karten, etc.) heranzuziehen, da die zu erreichende Wärmeentzugsleistung 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 kann. Die Versiegelung der Fläche hat 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. Im Gegensatz dazu wird die Effizienz eines Erdkollektors gesteigert, wenn die Anlage außer für Heiz- auch für Kühlzwecke im Sommer eingesetzt wird. Durch die sommerliche Wärmezufuhr wird das Erdreich zusätzlich thermisch regeneriert.

Beim Bau eines Flächenkollektors ist darauf zu achten, 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. Im Fall einer Vereisung sinkt die Effizienz des Systems.