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Wie wird dem Erdreich Wärme entzogen?

Der Wärmeentzug aus dem Erdreich erfolgt auf unterschiedliche Art und Weise. In jedem Fall wird ein Wärmeüberträger in das Erdreich eingebracht.

  1. Dies kann z. B. ein Metall- oder Kunststoffrohr sein, in dem Wasser, gemischt mit FrostschutzmittelFrostschutzmittel
    Zum Schutz vor Frostschäden kann das Wasser in Kreisläufen der Heizungs- und Solartechnik mit einem Frostschutzmittel versetzt werden. Ähnlich wie im Kühlerkreislauf eines Autos verhindert das Mittel bei niedrigen Temperaturen das Einfrieren. Meist wird ungiftiges Propylenglykol verwendet. Eine Ausnahme bilden Systeme, die ohne Solarstrahlung "trocken" fallen (drain-back-Technik) und Systeme, die im Winter leer sind.
    , als WärmeträgerWärmeträger
    Der Wärmeträger ist ein flüssiges oder gasförmiges Medium (z. B. Luft, Wasser), mit dem Wärme transportiert wird. Der Wärmeträger in Solarwärmeanlagen ist Wasser, versetzt mit einem Frostschutzmittel. Der Wärmträger in Heizungsanlagen ist in der Regel normales Wasser. In einer Wärmepumpenanlage kann der Wärmeträger auch ein Arbeitsmittel sein (Direktverdampfer).
    zirkuliert. Kommt dieses Wasser mit einer Temperatur von 7 °C von der WärmepumpeWärmepumpe
    Die Wärmepumpe als Heizgerät nimmt auf der Eingangseite Wärme mit geringer Temperatur auf und gibt Wärme mit höherer Temperatur auf der Heizungsseite wieder ab. Ein Arbeitsmittel verdampft infolge der Aufnahme von Umweltwärme (Luft, Erdreich, Wasser). Das leicht erwärmte gasförmige Arbeitsmittel wird durch einen Kompressor komprimiert, wodurch es eine höhere Temperatur bekommt. Das in dieser Weise stark erwärmte Arbeitsmittel kann die Wärme an das Heizungswasser übertragen, kühlt sich dabei ab und wird erneut in den Kreislauf geschickt.
    , kann es sich bei einer Erdreichtemperatur von 10 °C um etwa 3 Grad erwärmen. Das heißt, ein Teil der ErdwärmeErdwärme
    Der Begriff Erdwärme wird oft mit dem Einsatz von Wärmepumpen für Heizzwecke verbunden, die Wärme mit Hilfe von im Erdreich verlegten Rohrleitungen dem Boden entziehen. Die Vorstellung damit die Erdwärme zu nutzen ist nicht ganz exakt, da es sich bei dem Wärmepotenzial überwiegend um Umweltwärme, d.h. einen durch Sonneneinstrahlung und Niederschläge erwärmten Boden handelt. Dazu nutzt man Erdreichkollektoren oder mehrere Erdspieße. Zur Nutzung der Wärme im Inneren der Erde muss man mit Erdsonden näher an den heißen Erdkern heran. Erst ab einer Tiefe von 30 Metern und mehr lässt sich tatsächlich Erdwärme nutzen. Ab 500 Meter kann in einigen Gegenden eine direkte Nutzung von Erdwärme (heißes Wasser) erfolgen.
    wird auf das Wasser übertragen und kann in der Wärmepumpe "verarbeitet" werden (siehe »› Wie funktioniert die Wärmepumpe?).
  2. Andere Hersteller nutzen das Verfahren der Direktverdampfung. Ein schon bei sehr niedrigen Temperaturen siedendes »› Kältemittel zirkuliert - zunächst flüssig - in den im Erdreich verlegten Rohren. Durch die Erdwärme wird es zur Verdampfung gebracht und gasförmig zur Wärmepumpe transportiert. Ein Vorteil der Direktverdampfung ist die günstigere Wärmeübertragung ohne Zwischenstufen und ohne Soleumwälzpumpe, womit eine höhere Leistungszahl erreicht wird. Nachteilig wirkt sich der höhere Kältemittelbedarf aus. Außerdem können keine Kunststoffrohre eingesetzt werden.

Je nach Bodenbeschaffenheit, Grundwasserspiegel, Platzverhältnissen u. a. werden für den Wärmeüberträger, auch Absorber genannt, verschiedene Bauarten eingesetzt. Die gebräuchlichsten sind:

Erdregister, auch Erdkollektoren genannt

 
Die vom Wärmeträger durchströmten Kunststoff- oder Kupferabsorberrohre bei Direktverdampfung werden horizontal in Tiefen zwischen 1,50 m und 2 m in die Erde verlegt.
Bei Systemen mit Direktverdampfung des Kältemittels genügt eine Verlegetiefe von 1,20 m. Mit diesen Erdkollektoren wird dem Erdreich Wärme entzogen, deren Höhe stark von der Solarstrahlung, der Lufttemperatur, der Bodenbeschaffenheit und der Temperatur des herangeführten Grundwassers abhängt. Die Erdwärme selbst spielt so gut wie keine Rolle (»› Wie dimensioniert man einen Erdkollektor überschlägig?).

Erdwärmesonde

 
Je nach Wärmebedarf und Bodenbeschaffenheit werden in einer oder mehreren Bohrungen von 30 bis 100 m Tiefe (Durchmesser 10 bis 14 cm) Kunststoffrohre eingebracht.
Der Abstand zueinander sollte mehr als 6 m betragen. Die Bohrlöcher werden anschließend mit einer wärmeleitenden Masse (z.B. Betonit) verfüllt, um eine gute Wärmeübertragung zwischen Erdreich und dem Kunststoffrohr sicher zu stellen. Erdwärmesonden entziehen dem Boden Wärme weitgehend unabhängig von der Solareinstrahlung bzw. der Lufttemperatur, nutzen also die Erdwärme (»› Wie dimensioniert man eine Erdsonde überschlägig?).  

Energiepfähle

Fundamentabsorber

Spiralkollektoren


© by f.nowotka | zuletzt geändert am: 05.01.2009 | 29028 x gelesen


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