Erdwärmesonde, Tiefenbohrung, Wasser Wasser Wärmepumpe..

Welche Vor- und Nachteile, Bewilligungen und Vorraussetzungen eine Erdwärmesonde bzw. Tiefenbohrung, Flächenkollektoren oder eine Wasser Wasser Wärmepumpe benötigen, dass erklären wir Ihnen hier:

Denn auf Ihrem Grundstück - wird die Wärmequellenanlage installiert, sozusagen die Basis der Wärmepumpenheizung. Auf kleinstem Raum wird hier die Energie des Erdreichs bzw. Grundwassers gewonnen und zum Heizen (sowie zum Kühlen und zur Warmwassergewinnung) genutzt.

Für die Energiegewinnung gibt es vier mögliche Umsetzungen: Senkrecht verlegte Erdsonden, horizontal verlegte Wärmekollektoren, das Grundwasser oder Luftwärmepumpen.

Bei der Entscheidung, welche Umsetzungsmöglichkeit für Sie und die Gegebenheiten und Ihre Bedürfnisse auf Ihrem Grundstück am besten geeignet ist, unterstützen wir Sie natürlich mit individueller Beratung. Vorab können Sie sich in diesem Bereich über alle drei Alternativen sowie ihre Vor- und Nachteile informieren:

_{Foto: (c) www.schnauer.at} 

ERDWÄRMESONDE - TIEFENBOHRUNG

Die Erdwärmesonde stellt die optimale Wärmequelle für die Wärmepumpe dar. Sie nutzt die Wärme des Erdreichs, die - im Gegensatz zur Außenluft - unabhängig von der Jahreszeit eine nahezu gleich bleibende Temperatur aufweist. Die Temperatur der Wärmequelle ist bestimmend für die Leistung und den Wirkungsgrad der Wärmepumpe. Zusätzlich werden erneuerbare Erdenergien neben dem Heizbetrieb auch immer öfter für den verbrauchsarmen Kühlbetrieb im Sommer genutzt. Auch hierfür eignen sich Erdenergie-Sonden am besten.

Was ist eine Erdwärmesonde?

Senkrecht verlegte Erdwärmetauscher werden als Erdwärmesonden bezeichnet.

Erdwärmesonden reichen üblicherweise in Tiefen bis zu 140 m und können im Durchschnitt Heizleistung bis zu 80 W/m Sondenlänge bereitstellen.

Die im Erdreich gespeicherte Wärme wird über vertikal verlegte Erdwärmesonden gesammelt.

Der Erdboden hat ab einer Tiefe von ca. 10 bis 12 m eine relativ konstante Temperatur von ca. 8 bis 12 °C. Diese ist von den Jahreszeiten weitgehend unbeeinflusst. Erdreich ist damit im Gegensatz zur Luft eine zuverlässige Wärmequelle für Wärmepumpen.

Der Bohrdurchmesser ist mit ca. 12 cm so klein wie etwa ein Bierdeckel oder eine handelsübliche Kompakt CD. Im Lockergestein und bei Grundwasserschichten wird direkt hinter dem Bohrwerkzeug eine Schutzverrohrung nachgeführt. Nach dem Ausbau des Bohrgestänges, dem Einsetzen der U-förmigen Sonde und der Verpressung der Zwischenräume wird die Schutzverrohrung ausgebaut.

Materialien

Die Erdwärmesonden-Rohre bestehen aus einer oder auch zwei haarnadelförmigen, in einer vertikalen Erdbohrung verbauten Schleifen aus hochwertigem, langzeitbeständigem, gut Wärme leitendem HD-PE -Kunststoffrohr.

Planung und Einbau

Beim Einbau einer Wärmepumpenheizung mit Erdwärmesonden ist darauf zu achten, dass Planung, Auslegung und Erstellung der Wärmequelle und deren Zuleitungen und Verteilungen mit größter Sorgfalt geschehen, da die Wärmepumpe sonst unwirtschaftlich arbeitet und sich dieses auf Jahrzehnte in höheren Verbrauchskosten widerspiegeln würde.

Sollten aufgrund des Wärmebedarfs oder aufgrund behördlicher Genehmigungen mehrere Sonden erforderlich sein, empfehlen wir immer den Einsatz eines entsprechenden Sondenverteilers. Dieser bietet die Möglichkeit eines hydraulischen Abgleichens der Sonden untereinander, um eine optimale Entzugsleistung zu gewähren.

Die Verbauung (Verpressung) der Sonde dient der thermischen Ankoppelung an das Erdreich und deren Stabilisierung in den Bodenformationen. Sie ist somit entscheidend für deren Qualität hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Beständigkeit. Der Beständigkeit kommt dabei eine besondere Bedeutung zu, denn die Erdenergiesonde ist eine Immobilie, deren Lebenserwartung unter normalen Umständen der des Gebäudes entsprechen sollte.

Voraussetzungen für die Planung und Einbringung von Erdwärmesonden sind die genaue Kenntnis der Bodenbeschaffenheit, der Schichtenfolge, des Bodenwiderstandes sowie die Existenz von Grund- und Schichtenwasser und die Bestimmung von dessen Fließrichtung. Für den Gebäudebestand und für Neubauten in Ballungsräumen mit geringem Freiflächenangebot eignen sie sich besonders, da eine Nachrüstung mit Horizontalkollektoren recht kostspielig bzw. aus Platzmangel nicht möglich ist.

Genehmigungen, Formalitäten und Details zum Einbau

Erdwärmesonden sind anzeige- bzw. genehmigungspflichtig, sie bedürfen einer wasserrechtlichen Erlaubnis, da sie unter Umständen Grundwasserschichten berühren können. In der Regel gibt es bei der Genehmigung keine Probleme. Zuständig für die Genehmigung ist die Untere Wasserbehörde der jeweiligen Landkreise bzw. Städte.

Die Formalitäten und das Einholen der behördlichen Genehmigung "Bohr- und Nutzungsanzeige" erledigt in fast allen Fällen die Anbieterfirma für Sie.

Die spezifische Entzugsleistung (W/m) lässt sich nur unwesentlich durch den Bohrdurchmesser, die Rohranordnung und die Rohrbestückung beeinflussen. Ausschlaggebend ist im Wesentlichen die Länge der Bohrung, deren Leistung proportional zur Länge steigt (z.B. 100 m x 60 W/m = 6.000 W Entzugsleistung), fachgerechte Ausführung vorausgesetzt. Die Heizleistung je Bohrmeter beträgt durchschnittlich 80 W/m. Da es sich hier um so genannte "oberflächennahe Energiegewinnung" handelt, kommt der Wärmeeintrag von oben von der Sonne und zwar trichterförmig.

Der Abstand der Sonden untereinander ist so auszulegen, dass keine gegenseitige Beeinflussung erfolgt. Die Länge der Bohrung (Tiefe) muss mit den hydraulischen Anforderungen für den Volumenstrom des Wärmeträgers abgestimmt werden.

Es liegt folgende Gesetzmäßigkeit zu Grunde:

    * Der Volumenstrom muss proportional zur Sondenlänge erhöht werden.
    * Der Widerstand steigt mit dem Quadrat des Volumenstromes.

Daraus folgt:

Der hydraulische Widerstand der Erdenergiesonde steigt mehr als quadratisch mit der Länge an. Beispiel: Angenommen eine Sonde hat bei 50 m Tiefe einen hydraulischen Widerstand von 0,5 mWS, so steigt dieser bei 100 m Tiefe bereits auf über 2,0 mWS.
Sicherheitsabstände & Isolierung

Bitte achten Sie darauf, dass zu Objekten, die frostsicher gehalten werden müssen, entsprechende Sicherheitsabstände eingehalten werden. Der Abstand zu Wasser führenden Leitungen sollte mindestens 1,5 m betragen. Bei Gebäudefundamenten und Abwasserkanälen ist ein Abstand von 1,2 m einzuhalten. Sollten diese Sicherheitsabstände nicht einzuhalten sein, so müssen die Kälte führenden Leitungen in diesem Bereich mit einer geeigneten Isolierung versehen werden.

Um die Schwitzwasserbildung zu vermeiden, sind die Wärmequellenleitungen im Hausbereich mit diffusionsdichter Dämmung zu isolieren.

Die Vorteile der Erdwärmesonde auf einen Blick:

    * Kühlung im Sommer
    * Konstante Temperaturen = hohe ganzjährige Leistungszahlen der Wärmepumpen
    * Geringer Platzbedarf (12 cm)
    * Kostengünstige Erstellung durch TERAMEX Erdwärme GmbH
    * Nach Erstellung stellt die Erdwärmesondenanlage die Energie zur Heizung des Gebäudes für die nächsten Jahrzehnte bereit.

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HORIZONTAL-KOLLEKTOREN (Flächenkollektoren)

_{Foto: (c) Schnauer ESU}

Horizontal-Kollektoren sind die Alternative zu den Erdwärmesonden. Sie bestehen aus einem in ca. 1,2-1,5 m (0,3 m unter örtlicher Frostschutzgrenze) Tiefe waagerecht in der Erde im Freigelände verlegten Rohr-System.

Geschieht die Planung und Auslegung der Wärmequelle und deren Zuleitungen und Verteilungen mit größter Sorgfalt, wird die Wärmepumpenheizung über Jahrzehnte wirtschaftlich arbeiten und sich durch angenehm niedrige Verbrauchskosten auszeichnen. 

 Die Vorteile der Horizontal-Kollektoren (Flächenkollektoren) auf einen Blick:

o Sicheres und langlebiges System mit besonders hohen Lebenserwartungen  

o Geringe Materialkosten  

o Nutzung ganzjährig konstant hoher Wärmequellentemperaturen, wodurch hohe Leistungszahlen der Wärmepumpen erreicht werden         

o Möglichkeit der Naturkühlung 

GRUNDWASSER (Wasser/Wasser Wärmepumpe)

Auch das Grundwasser bietet gute Bedingungen für den Betrieb einer Wärmepumpenheizung: Es hat eine ganzjährig konstante Temperatur von 8-12 °C. Möglichst gleich bleibende Temperaturen sind die besten Voraussetzungen für den wirtschaftlichen Betrieb einer Wärmepumpenheizung.

Wie wird das Grundwasser für die Heizung genutzt?

Über eine Tauchpumpe wird aus dem Förderbrunnen Grundwasser entnommen, über den Verdampfer der Wärmepumpe bzw. einen Zwischenwärmetauscherkreis geleitet und dabei abgekühlt. Über den Schluckbrunnen wird es wieder zurückgeführt. Der Grundwasserstrom hat nun durch das von ihm durchflossene Erdreich beständig die Möglichkeit, Wärme aufzunehmen und sich damit zu regenerieren.

Planung und Einbau

Der Abstand zwischen Förder- und Schluckbrunnen sollte zur Vermeidung von thermischen Kurzschlüssen mindestens 10 m -15 m betragen. Die Brunnen sind von einer Fachfirma zu errichten.

Die Bohrtiefe beträgt im Einfamilienhausbereich üblicherweise ca. 6-10 m. Größere Bohrtiefen sind zwar möglich, jedoch steigt gleichzeitig die Pumpenleistung, weshalb diese Tiefen aus wirtschaftlichen Erwägungen eher Anlagen mit größeren Heizlasten vorbehalten sind.

Das Grundwasser wird von z.B. 10 °C auf 6 °C abgekühlt. Ein Mindestvolumenstrom ist zu gewährleisten um das Einfrieren des Wärmetauschers zu vermeiden.

Grundwasser-Wärmepumpen sind genehmigungspflichtig. Nach Wasserhaushaltsgesetz beträgt die maximal zulässige Abkühlung 5 Kelvin. Eine Grundwasser-Pumpe kühlt den Rücklauf des Grundwassers lediglich um ca. 3 bis maximal 5 Kelvin ab.

Die Ergiebigkeit und Wasserqualität ist im Vorfeld durch Pumpversuche zu ermitteln.

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Qualität des Grundwassers

Die ausreichende und gleich bleibende Qualität des Grundwassers ist wesentlich für einen störungsfreien Langzeitbetrieb. Um Korrosions-Schäden an der Wärmepumpe auszuschließen, ist im Vorfeld eine Wasseranalyse vorzunehmen. Besonderes Augenmerk verdienen dabei die Werte der im Wasser befindlichen Metall-Ionen. Letztere können über eine Elementbildung zu Korrosion an wichtigen metallischen Teilen der Wärmepumpe führen.

Bei Grundwasser-Brunnen mit schwankender Wasserqualität ist die Schwankungsbreite der relevanten Parameter zu ermitteln und mit den Herstellerangaben abzugleichen.

Die ausreichende und gleich bleibende Qualität des Grundwassers ist wesentlich für einen störungsfreien Langzeitbetrieb. Deshalb muss bei den meisten Wasser-Wasser Wärmepumpenanlagen eine Wasseranalyse durchgeführt werden.

Nicht nur zum Schutz des Grundwassers vor Verunreinigungen sondern auch um möglichst eine hohe Betriebssicherheit zu gewähren, wird deshalb empfohlen, einen zusätzlichen Trennwärmetauscher zwischen Grundwasser- und Wärmepumpenkreis einzubauen.

Versiegen und Verockern

Bei Überschreitung der zulässigen Mangan- bzw. Eisengrenzwerte kann es ohne weitere Maßnahmen zur Verockerung eines Brunnens kommen. Deshalb ist im Vorfeld eine Wasseranalyse vorzunehmen.

In einem solchen Falle besteht heute jedoch die Möglichkeit, die Brunnenanlage unter Sauerstoff-Abschluss zu bauen. Moderne Errichtungsverfahren können damit die Verockerung ausreichend verzögern, sodass die Anlage trotzdem realisiert werden kann.

Bei eisenhaltigem Grundwasser kann ausfallender Eisenocker in den Wassergewinnungsanlagen zu großen Problemen führen. Im sauerstofffreien Wasser können große Mengen zweiwertiger Eisen-Ionen gelöst sein. Kommt dieses Wasser mit Sauerstoff in Kontakt, fällt dunkelbrauner Eisenocker aus. Ebenso können auch im Wasser gelöste Mangan-Ionen als schwarzes Manganoxid ausfallen. Betroffen sind alle Anlagenteile wie Brunnen, Pumpen, Rohrleitungen. Der ausfallende Ocker (Verockerung) ist sehr weich und kann alles verstopfen.

Schutz und Vorsichtmaßnahmen

Filter

Ein Filter (Maschenweite 0,8 mm) zur Vorbeugung von Verschmutzungen ist an den Medieneintritten des Wärmetauschers (Verdampfer) vorzusehen. Verschmutzungen im Wärmetauscher können zur Korrosion und bei einigen Anwendungen zum Einfrieren des Wärmetauschers führen!

Reinigung des Wärmetauschers

Sollten aufgrund der Grundwasserqualität (z.B. hohe Härtegrade oder starke Verschmutzung) eine Belagsbildung zu erwarten sein, ist in regelmäßigen Abständen eine Reinigung vorzunehmen. Es besteht die Möglichkeit der Reinigung durch Spülen.

Den Wärmetauscher entgegen der normalen Strömungsrichtung mit geeigneter Reinigungslösung spülen. Es sind ausschließlich die von einschlägigen Firmen zur Reinigung von Edelstahl und Kupfer bzw. Nickel angebotenen Reinigungsmittel zu verwenden.

Einbau einer  Wassermangelsicherung

Im Systemzubehör bieten die meisten Herstellerfirmen eine spezielle Wassermangelsicherung an. Sie verhindert das Einfrieren am Verdampfer - eine Folge von Wassermangel. Wiederholtes Einfrieren kann sogar letztendlich zu Schäden und Totalausfall führen. Die Wassermangelsicherung sorgt für ein Mindestvolumen und vermeidet so das Einfrieren.

Ein weiterer Tipp: Im Zusammenhang mit der Fußbodenheizung empfehlen wir grundsätzlich den Einsatz eines Trennwärmetauschers, der aufgrund der Systemsicherheit immer empfehlenswert ist. Er trennt die Wärmequelle vom Kältekreislauf und dient zum Beispiel dazu, das System bei nicht optimaler Wasserqualität oder unwahrscheinlichen Ausfällen vor größerem Schaden zu schützen.

Vorteile und Nachteile

Die Vorteile der Nutzung von Grundwasser auf einen Blick:

    * Hohe Quellentemperaturen und damit gute Leistungszahlen
    * Naturkühlung möglich

Nachteile:

    * Die Wasserqualität kann sich in den Jahren ändern
    * Wartungsintervalle notwendig
    * Aufgrund der Wasserqualität nicht überall möglich

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