Sole-Wasser-Wärmepupmen

Sole-Wasser-Wärmepumpen erzeugen Energie aus dem Boden
Die Erde ist ein riesiger, fast unerschöpflicher Wärmespeicher und gleichzeitig eine der wichtigsten Wärmequellen überhaupt. In einer bestimmten Tiefe hat der Boden eine Grundtemperatur von etwa zehn Grad Celsius. Im Vergleich zur Umgebungsluft ist die Temperatur sehr konstant. So können Erdwärmepumpen auch bei Vereisung der obersten Erdschicht noch effizient arbeiten, da die Differenz zwischen Wärmequelle und Vorlauftemperatur auch im Winter relativ gering bleibt.
 
Der Betrieb einer Sole/Wasser-Wärmepumpe
Wie alle anderen Wärmepumpen arbeitet auch eine Sole-Wasser-Wärmepumpe nach dem gleichen Prinzip: Zunächst wird dem Boden Wärmeenergie entzogen und anschließend an das Kältemittel abgegeben. Dieser verdampft und wird durch einen Kompressor zusätzlich verdichtet. Dies erhöht nicht nur den Druck, sondern auch die Temperatur. Die entstehende Wärme wird von einem Wärmetauscher (Kondensator) aufgenommen und an das Heizsystem weitergeleitet.

Die Erde ist ein enormer, fast unerschöpflicher Wärmespeicher sowie eine der wichtigsten Wärmequellen überhaupt. In einer bestimmten Tiefe hat der Boden eine Grundtemperatur von circa zehn Grad Celsius und diese Temperatur bleibt im Vergleich zur Umgebungsluft sehr konstant. So können Erdwärmepumpen auch bei Vereisung der obersten Erdschicht noch effizient arbeiten, da die Differenz zwischen Wärmequelle und Vorlauftemperatur auch im Winter relativ gering bleibt.

Wie funktioniert eine Sole-Wasser-Wärmepumpe?

So wie alle anderen Wärmepumpen arbeitet auch eine Sole-Wasser-Wärmepumpe nach dem gleichen Prinzip: Thermische Energie wir aus dem Erdreich gewonnen und dann zum Kältemittel geleitet. Dieser verdampft und wird durch einen Kompressor zusätzlich verdichtet. Dies erhöht nicht nur den Druck, sondern auch die Temperatur. Die entstehende Wärme wird von einem Wärmetauscher (Kondensator) aufgenommen und an das Heizsystem weitergeleitet.

Möglichkeiten der Wärmgewinnung

Erdwärme kann auf zwei Arten gewonnen werden: entweder durch oberflächennahe Erdkollektoren oder durch Erdwärmesonden, die bis zu 100 Meter tief in die Erde eindringen.

Unterirdische Verlegung von Erdkolektoren

Für die geothermische Energieerzeugung wird ein Rohrsystem horizontal und schlangenförmig unterhalb der Frostgrenze verlegt. Die Tiefe liegt etwa ein bis zwei Meter unter der Rasen- oder Bodenoberfläche. Im Rohrsystem zirkuliert eine Sole aus frostsicherer Flüssigkeit, die die thermische Energie aufnimmt und an den Wärmetauscher abgibt. Die Größe der benötigten Kollektorfläche hängt unter anderem vom Wärmebedarf des jeweiligen Gebäudes ab. In der Praxis ist es das 1,5- bis 2-fache der zu beheizenden Fläche.

Wärmeenergie, die durch Sonneneinstrahlung und Regenwasser bereitgestellt wird, wird durch Erdkollektoren aus dem oberflächennahen Bereich aufgenommen. Daher spielt der Beschaffenheit des Bodens eine entscheidende Rolle für den Energieertrag der Kollektoren. Es ist wichtig, dass der Bereich über dem Rohrsystem nicht asphaltiert oder zugebaut wird. 

Erdsonden gewinnen Wärme aus tieferen Erdschichten

Eine Alternative zu Erdkollektoren sind Erdsonden. Bohrungen werden verwendet, um die Sonden senkrecht oder schräg in den Boden einulassen. Sie durchströmt auch eine Sole, die die Erdwärme in einer Tiefe von 40 bis 100 Metern aufnimmt und an einen Wärmetauscher weiterleitet. Da die Temperatur in einer Tiefe von etwa zehn Metern das ganze Jahr über konstant bleibt, arbeiten Erdsonden auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen effizient. Zudem benötigen sie im Vergleich zu Erdkollektoren wenig Platz und können auch im Sommer hervorragend zur Kühlung genutzt werden. Wie tief das Loch sein muss, hängt auch vom Heizbedarf und von der Wärmeleitfähigkeit des Bodens ab. Für Erdbohrungen sind immer Genehmigungen notwendig, da bei einer Bohrung bis zu 100 Metern mehrere grundwasserführende Schichten durchbrochen werden. 

Genehmigungen für Erdbohrungen

Wenn Anlagenbetreiber ihre Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Erdsonden betreiben wollen, müssen sie behördlichen Genehmigungen von der Wasserbehörde einholen. Die Informationen sollten im Voraus eingeholt werden.

Im Gegensatz zu Erdsonden ist für die Installation von Erdkollektoren keine Genehmigung erforderlich. Die Arbeit muss nur angezeigt werden. Dennoch empfehlen Experten, das geplante Projekt mit der zuständigen Behörde abzustimmen, um die Machbarkeit und die Voraussetzungen aus wasserwirtschaftlicher Sicht zu klären. Dies vermeidet auch unnötige Planungskosten und ist in den meisten Fällen kostenlos. Die Auskünfte können in einigen Fällen telefonisch erteilt werden.

Vorteile von Erdwärmepumpen

Eine Erdwärmepumpe hat mehrere Vorteile: Zu den wichtigesten gehört die Tatsache, dass es eine kostenfreie Wärmequelle ist, die zu jeder Tageszeit verfügbar ist. Des weiteren ist der Betrieb dank konstant hoher Temperatur im Winter effizient und im Sommer für Natural Cooling nutzbar. 

1. Sole-Wasser-Wärmepumpe

2. Speicher-Wassererwärmer

3. Heizwasser-Pufferspeicher

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