Grundlagen und Funktion einer Wärmepumpe
Grundlagen einer Waermepumpe
Die Temperatur der Erde in einer Tiefe von 10 – 20 Metern beträgt in Mitteleuropa im Mittel etwa 13° C. In den darüberliegenden Schichten wird die Erdtemperatur von der Witterung beeinflusst. Auf jeden m⊃2; Erdoberfläche wirken jährlich ca. 1100 kWh Sonnenenergie ein. In tieferen Erdschichten überwiegen geothermische Einflüsse, sodass sich die Erdmasse alle 33 m Tiefe um etwa 1° C erwärmt. Die Grundidee besteht
darin, Heizwärme aus dem Untergrund zu gewinnen (Geothermie) und über geeignete Systeme im Gebäude für die Nutzung bereitzustellen. In umgekehrter Weise lässt sich dieses Prinzip auch zur Kühlung verwenden, indem überschüssige Wärme an den Untergrund abgegeben wird. Auf diese Weise ist bei entsprechend geeignetem Untergrund eine saisonale Speicherung von Kühl- und Heizenergie möglich.
Funktion von Erdwärmesonden
Bohrarbeiten für Erdwärmesonden
Bohrungen für Erdwärmesonden im Garten mit kleiner Bohrtechnik kein Problem.© Foto: Silvio Klenner
In Bohrungen, welche durch eine Spezialfirma abgeteuft werden, werden Kunststoffrohre ( Erdwärmesonden ) verlegt, die zu Kreisläufen zusammengeschlossen und mit dem Kühl- und Heizsystem des Gebäudes verbunden sind. Darin zirkuliert eine Flüssigkeit (Wasser mit oder ohne Frostschutzmittel), die als Energieträger sowohl Wärme als auch Kälte absorbieren und transportieren kann. Beim Heizfall sorgt die Wärmepumpe für die Erzeugung des nutzbaren Temperaturniveaus. Umschaltbare Wärmepumpen oder Kältemaschinen erzeugen das Temperaturniveau für die Kühlung. Prozesswärme oder Wärme des Kühlbetriebes kann gespeichert und zum Heizen genutzt werden. Kälte, die durch den Heizbetrieb mit der Wärmepumpe entsteht, kann ebenfalls im Erdreich gespeichert und für die Kühlung genutzt werden.
Ein emissionsfreies und wirtschaftliches Heiz – und Kühlsystem auf Basis bewährter Technik. Mit einem kW-Stromverbrauch der Wärmepumpe werden zusätzliche drei bis vier kW an Wärme für die Heizung gewonnen. Stammt die Elektroenergie von einem Wasserkraftwerk, ist die Umweltbelastung fast null.
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Wärmequelle Erdwärmekollektoren
Erdwärmekollektoren
Hierbei handelt es sich um ein Register aus Kunststoffrohr das im Erdreich in etwa 1,2 -1,5 m Tiefe verlegt ist. Es wird von kaltem Wärmeträgermedium durchflossen und entzieht so dem Boden Wärme. Die nachfolgenden Überlegungen zur Auslegung beziehen sich vorwiegend auf diese Bauform, andere Typen wie Grabenkollektoren, Spiralrohre, etc. werden hier nicht betrachtet.
Generell ist bei Erdwärmekollektoren zu berücksichtigen, daß der geothermische Wärmefluß (0,1 W/m²) hier vernachlässigt werden kann. Sie nutzen den von oben kommenden Wärmestrom ( Sonne, Regen, Grundwasser ) , der von den darüberliegenden Bodenschichten aus der direkten oder indirekten Sonnenenergie (Strahlung, Regen, etc.) aufgenommen wird. Damit sind bei der Auslegung und Planung nicht nur die thermischen Bodeneigenschaften maßgebend, sondern auch die Lage der Fläche mit ihrem Umfeld. Aus den hier kurz aufgeführten Gründen dürfen Erdwärmekollektoren weder überbaut noch die Oberfläche darüber versiegelt werden. Je nach Bodenbeschaffenheit schwankt die dem Erdreich entzogene Wärmeleistung zwischen 10 -40 W/m². An besten eignen sich feuchte durchlässige Böden für diese Art der Wärmegewinnung.
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