Erdwärmetauscher

Erdwärmetauscher≡Erdwärmetauscher≡
Erdwärmetauscher dienen in Anlagen zu kontrollierten Be- und Entlüftung der Vorwärmung der Zuluft im Winter und ggf. der Zuluftabkühlung im Sommer. Sie bestehen aus luftführenden Rohrleitungen aus Kunststoff oder Beton, die im Erdreich verlegt sind. Die angesaugte, kalte Zuluft kann sich an der höheren Erdreichtemperatur über die Rohrwandung erwärmen. dienen der Vorwärmung der Zuluft≡Zuluft≡
Mit Zuluft bezeichnet man in der Lüftungstechnik die einem Raum oder einer Wohnung zuströmende Frischluft. Die gleiche Luftmenge muss zur selben Zeit abströmen (Abluft). Die erforderliche Zuluftmenge und ihre Eigenschaften ergeben sich aus den Anforderungen an eine hygienische Luftqualität. Durch den Luftwechsel entsteht in der kalten Jahreszeit ein Lüftungswärmeverlust. im Winter und ggf. der Zuluftabkühlung im Sommer. Bei sehr niedriger Außenlufttemperatur kann die Vorwärmung der Luft einen Beitrag zur Energieeinsparung leisten. Wird bei Außenlufttemperaturen unter 5 °C die Zuluft zum Lüftungssystem durch den Erdwärmetauscher geführt, liegt der Zugewinn bei etwa 5 %. Die Leistungszahl≡Leistungszahl≡
Die Leistungszahl gibt das Verhältnis von abgegebener Heizleistung und zugeführter Antriebsleitung einer Wärmepumpe an. Die Leistungszahl ist ein Momentanwert und kann nur für einen bestimmten Betriebszustand angegeben werden. Für die Beurteilung der Effizienz und der Umweltbe- bzw. Entlastung ist die Arbeitszahl, noch besser die Jahresarbeitszahl aussagefähiger. (Verhältnis Lufterwärmungsleistung≡Lufterwärmungsleistung≡
Die Lufterwärmungsleistung (oder auch Konvektionsleitung bei Heizkörpern) wird für Luft-Luft-Wärmtauscher bzw. Erdwärmetauscher angegeben. zu elektrischer Antriebsleistung der Ventilatoren) liegt nach Untersuchungen bei 15 bis 30, ist also sehr positiv. Für die Errichtung eines Erdwärmetauschers werden Kosten von 15 bis 20 EUR für den Erdaushub pro m³ und etwa 8 bis 45 EUR je nach Durchmesser für die Rohrleitung angegeben (Quelle: BINE Informationsdienst, 2/00).

Prinzip einer Be- und Entlueftungsanlage mit Erdwaermetauscher, Quelle: Aerex GmbH

Der Erdwärmetauscher besteht aus luftführenden Rohrleitungen, die im Erdreich verlegt sind. Die angesaugte, kalte Zuluft kann sich an der höheren Erdreichtemperatur über die Rohrwandung erwärmen.

Folgende Planungshinweise können gegeben werden:

• Für eine möglichst intensive Luftvorwärmung ist eine Verlegetiefe von etwa 2 m empfehlenswert.
• Je nach Luftmenge, Geschwindigkeit und Rohroberfläche sind Rohrlängen um 50 m pro 100m³/h Luftdurchsatz notwendig. Eine weitere Verlängerung ist nicht sinnvoll, da sie sich kaum noch auf eine Temperaturänderung auswirkt und die Druckverluste steigen (stärkere Ventilatoren erforderlich).
• Die Luftgeschwindigkeit im Rohr sollte 1m/s nicht übersteigen. 
• Die maximale Länge eines Rohres sollte 25 m nicht überschreiten.
• Als Rohrmaterial wird sogenanntes KG-Rohr empfohlen (PVC, Farbe orange, Baumarkt). Das Rohr und seine Verbindungen sind erdreichresistent, belastbar und druckdicht. Es ist außerdem relativ leicht zu reinigen.
• Das Rohr kann mäanderförmig (hin und her und hin und her...) oder in Rohrregistern (Sammler mit T-Stücken) verlegt werden. Die Verlegung von zwei Rohren von je 150 mm Durchmesser (minimal 125 mm) ist zweckmäßiger als die Verlegung eines Rohres mit 200 mm Durchmesser (größere Oberfläche zum Wärmetausch). Um eine gleichmäßige Durchströmung zu gewährleisten sollte auf gleiche Druckverluste (identische Rohrdurchmesser, gleiche Anzahl von Bögen, gleiche Winkel, Anschluss nach Tichelmann-Prinzip≡Tichelmann-Prinzip≡
  Das Tichelmann-Prinzip ist eine bestimmte Art der Zusammenschaltung von Heizkörpern, Wandheizungsregistern, Solarkollektoren, Lüftungsregistern, Ölbatterietankanlagen oder Speichern. Das Prinzip besteht darin, dass das durchfließende Wasser bzw. Öl überall die gleiche Weglänge zurücklegen muss (gleiche Rohrdurchmesser, gleiche Länge). In Folge dessen entstehen über jedem Element die gleichen Druckverluste, so dass alle Teile gleichmäßig durchströmt und warm werden oder aber gleichmäßig befüllt bzw. entladen werden (z.B. bei zusammengeschalteten Speichern oder Tanks).) geachtet werden.
• Die Rohrleitungen sind möglichst in feinem Sand zu verlegen, auf jeden Fall ist eine sorgfältige Verdichtung des Erdreiches um die Rohrleitung herum notwendig, da sich sonst die Wärmeübertragung≡Wärmeübertragung≡
  Wärme wird von einem zum anderen Körper bzw. Medium übertragen durch Konvektion, Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung. verschlechtert. Empfehlenswert ist das Einwässern der Rohrleitungen.
• Der Abstand von Rohrleitungen darf 50 cm nicht unterschreiten (Richtwert mindestens 5 facher Rohrdurchmesser, bei 150 mm also 75 cm).
• Die Rohre sind wegen der möglichen Kondenswasserbildung im Sommer mit 1,5 % bis 2% Gefälle zu verlegen, am besten zum Keller hin. Ein nach unten geführter Bogen mit frei abtropfenden Kondensatsiphon nach dem Kellereintritt der Rohre lässt das Kondensat≡Kondensat≡
  Kondensat entsteht, wenn ein zuvor gasförmiges Medium durch Temperaturabsenkung Tröpfchen bildet. Das Kondensat von Wasserdampf wird Tauwasser, Kondenswasser oder Schwitzwasser genannt. Beim Erreichen der Sättigungsgrenze durch Temperaturrückang kann Luft den Wasserdampf nicht mehr binden und es kommt zur Abscheidung von Wassertröpfchen. Dies geschieht zuerst an kühleren Oberflächen (z.B. Fensterscheibe, Spiegel) bzw. kühleren Bereichen im Bauteil. Bei Brennwertheizgeräten entsteht Kondensat bei der Abkühlung des im Abgas enthaltenen Wasserdampfes und führt zur Verbesserung des Nutzungsgrades. Das Kondensat aus Öl-Brennwertheizgeräten muss vor der Einleitung in die Kanalisation neutralisiert werden, wenn nicht schwefelarmes Heizöl genutzt wird. in einen zweiten Siphon in die Hausentwässerung laufen. Der zweite Siphon vermeidet bei gegebenenfalls auftretender Austrocknung des ersten Siphon das einsaugen von Kanalisationsgerüchen. Trotzdem ist auf ausreichenden Wasserstand im ersten Siphon zu achten, da sonst Kellerluft mit angesaugt wird. Für ggf. erforderliche Spülvorgänge sollte hier auch eine entsprechend groß ausgeführte Revisionsöffnung vorhanden sein.
• Rohrbögen sollten möglichst große Radien aufweisen (statt einem 90°-Bogen besser zwei 45°- oder noch besser 3 mal 33°-Bögen einsetzen).
• Die Außenluft sollte über spezielle Filter angesaugt werden (siehe ). Sie sind regelmäßig zu wechseln (etwa halbjährlich). Die Ansaugung der Außenluft sollte nicht in der Nähe von Komposthaufen (Schimmelpilzesporen), Teichen (Insekten, Luftfeuchtigkeit≡Luftfeuchtigkeit≡
  Außenluft bzw. Raumluft kann Wasserdampf aufnehmen, allerdings nur eine bestimmte Menge. Die maximal aufnehmbare Wasserdampfmenge hängt von der Temperatur der Umgebungsluft ab (Warme Raum- bzw. Außenluft nimmt mehr Wasserdampf auf) und wird durch die Sättigungsgrenze bestimmt. Man unterscheidet die relative Luftfeuchtigkeit in % und die absolute Luftfeuchtigkeit in g/m³.), Klärgruben (Geruchsbelastung) oder staubigen Orten (Verschmutzung) erfolgen. Der Ansaugfilter ist leicht zugänglich anzuordnen.
• Bei Außentemperaturen oberhalb von 5 °C im Winter und unterhalb von 20 °C im Sommer ist es nicht sinnvoll die Zuluft über den Erdwärmetauscher anzusaugen. Daher ist der Einbau einer thermostatisch geregelten Bypass≡Bypass≡
  Ein Bypass ist eine Einrichtung in Heizungsanlagen, die einen zu hohen Pumpendruck, hervorgerufen durch geschlossene Heizkörperventile, abbaut. Der Bypass sitzt unmittelbar hinter der Umwälzpumpe. Der Öffnungsdruck kann eingestellt werden. In Anlagen mit leistungsgeregelten Pumpen kann der Bypass entfallen. Das Vorbeifließen von Heizungswasser auch bei geschlossenen Ventilen sichert dagegen eine Bypassstrecke in einer Einrohrheizung. Der Bypass wird in diesem Falle durch ein Rohr zwischen dem Zwei-Wege-Thermostatventil und dem Rücklauf realisiert. Ohne diese "Kurzschlussstrecke" würde beim Absperren des Ventils der Durchfluss im Heizkreis unterbrochen und der folgende Heizkörper bliebe kalt.-Einrichtung empfehlenswert.

Hygienische Probleme

Bei wärmeren Lufttemperaturen als der Erdreichtemperatur kann es zu einer Kondenswasserbildung kommen, weil sich warme, feuchte Luft im Rohr abkühlt. Durch die unvermeidbare Anwesenheit von organischen Partikeln ist eine Schimmelpilzbildung bzw. auch die Vermehrung anderer Keime daher nicht auszuschließen. Um die Schimmelpilzbildung zu vermeiden, ist die Luftansaugung über den Erdwärmetauscher bei Tauwassergefahr zu umgehen.

PVC-Rohre besitzen Weichmacher, die im Laufe der Zeit ggf. ausgasen können. Über mögliche Gefahren liegen jedoch keine Informationen vor.

Praktische Probleme

• Wassereinbruch in die Rohrleitungen
• Undichtigkeiten durch fehlerhafte Montage
• fehlende oder unverschlossene Revisionsöffnungen
• verstopfte oder fehlende Ansaugluftfilter
• bakteriologische Belastungen bzw. Schimmelwuchs im Rohrsystem