Allgemein
Wie effizient arbeiten geothermische Heizungs- bzw. Kühlungssysteme?
Wärmepumpenbasierte, geothermische Heizungssysteme dürften heute im Heizbetrieb bis zu 50 % im aktiven Kühlbetrieb bis zu 30 % bessere primärenergetische Wirkungsgrade als konventionelle Geräte haben. Bei der passiven freien Kühlung wird sogar nur noch Strom für die Umwälzpumpen benötigt.
Kann mit einem System geheizt und gekühlt werden? Lässt sich die Trinkwassererwärmung integrieren?
Beides: Ja. Am einfachsten funktioniert dies bei Inverter-gesteuerten Wärmepumpen, die allerdings mit Luft heizen und kühlen, was in Deutschland nicht üblich ist. Aber natürlich funktioniert das Umschalten zwischen Kühlen und Heizen auch bei Wasserheizungen und mit Wasser gekühlten Luftkühlern oder Kühldecken. Zur Trinkwassererwärmung wird häufig ein Enthitzer eingesetzt, der die im Kältekreis der Wärmepumpe bzw. Kältemaschine zwangsläufig entstehende Überhitzung abbaut, ohne dass deshalb die Verflüssigungstemperatur zur Trinkwassererwärmung angehoben werden müsste.
Wie groß ist der Platzbedarf für eine Wärmequellenanlage?
Für ein heutiges Einfamilienhaus muss man bei einem Erdwärmekollektor mit einem Platzbedarf von 200 ... 300 m2 rechnen, für oberflächennahe Erdwärmesonden mit 100 ... 150 mz. Bei Tiefensonden dürften zwei Bohrungen im Abstand von 10 m oder mehr mit einer Tiefe zwischen 50 und 90 m ausreichen.
Wie groß ist der Platzbedarf für eine Wärmepumpe?
Eine Wärmepumpe benötigt etwa ebenso viel Platz wie ein konventioneller Kes¬sel. Es kann aber sinnvoll sein, auf der Quellenseite der Wärmepumpe noch Kaltwasserspeicher zu installieren.
Wie hoch ist die Lebensdauer?
Auf das bei Wärmequellenanlagen verwendete Rohrmaterial geben die Hersteller heute typischerweise zwischen 30 und 50 Jahren Garantie. Allerdings werden die wasserrechtlichen Erlaubnisse häufig nur für begrenzte Zeiten (z. B. 15 Jahre) erteilt, so dass die Erlaubnis danach neu beantragt werden muss. Die Projektierung soll in jedem Fall auch die langfristigen Temperaturänderungen berücksichtigen, so dass diese nicht zu einem technischen Problem werden. Wärmepumpen sind heute so zuverlässig wie jeder Kühlschrank.
Sind Wärmepumpen laut?
Nein, nicht lauter als ein Kühlschrank. Und ein Kühlschrank im Keller stört im Wohnzimmer bestimmt nicht.
Können solche Systeme auch für Gewerbe und Industrie verwendet werden?
Ja. Allerdings dürften hier die Heizwärmeerzeugung, die Erzeugung von Klimakälte und ggf. die Erzeugung von Gewerbekälte im Vordergrund stehen. Kollektoranlagen dürften für derartige Anwendungen allerdings in der Regel ungeeignet sein.
Wärmepumpenbasierte, geothermische Heizungssysteme dürften heute im Heizbetrieb bis zu 50 % im aktiven Kühlbetrieb bis zu 30 % bessere primärenergetische Wirkungsgrade als konventionelle Geräte haben. Bei der passiven freien Kühlung wird sogar nur noch Strom für die Umwälzpumpen benötigt.
Kann mit einem System geheizt und gekühlt werden? Lässt sich die Trinkwassererwärmung integrieren?
Beides: Ja. Am einfachsten funktioniert dies bei Inverter-gesteuerten Wärmepumpen, die allerdings mit Luft heizen und kühlen, was in Deutschland nicht üblich ist. Aber natürlich funktioniert das Umschalten zwischen Kühlen und Heizen auch bei Wasserheizungen und mit Wasser gekühlten Luftkühlern oder Kühldecken. Zur Trinkwassererwärmung wird häufig ein Enthitzer eingesetzt, der die im Kältekreis der Wärmepumpe bzw. Kältemaschine zwangsläufig entstehende Überhitzung abbaut, ohne dass deshalb die Verflüssigungstemperatur zur Trinkwassererwärmung angehoben werden müsste.
Wie groß ist der Platzbedarf für eine Wärmequellenanlage?
Für ein heutiges Einfamilienhaus muss man bei einem Erdwärmekollektor mit einem Platzbedarf von 200 ... 300 m2 rechnen, für oberflächennahe Erdwärmesonden mit 100 ... 150 mz. Bei Tiefensonden dürften zwei Bohrungen im Abstand von 10 m oder mehr mit einer Tiefe zwischen 50 und 90 m ausreichen.
Wie groß ist der Platzbedarf für eine Wärmepumpe?
Eine Wärmepumpe benötigt etwa ebenso viel Platz wie ein konventioneller Kes¬sel. Es kann aber sinnvoll sein, auf der Quellenseite der Wärmepumpe noch Kaltwasserspeicher zu installieren.
Wie hoch ist die Lebensdauer?
Auf das bei Wärmequellenanlagen verwendete Rohrmaterial geben die Hersteller heute typischerweise zwischen 30 und 50 Jahren Garantie. Allerdings werden die wasserrechtlichen Erlaubnisse häufig nur für begrenzte Zeiten (z. B. 15 Jahre) erteilt, so dass die Erlaubnis danach neu beantragt werden muss. Die Projektierung soll in jedem Fall auch die langfristigen Temperaturänderungen berücksichtigen, so dass diese nicht zu einem technischen Problem werden. Wärmepumpen sind heute so zuverlässig wie jeder Kühlschrank.
Sind Wärmepumpen laut?
Nein, nicht lauter als ein Kühlschrank. Und ein Kühlschrank im Keller stört im Wohnzimmer bestimmt nicht.
Können solche Systeme auch für Gewerbe und Industrie verwendet werden?
Ja. Allerdings dürften hier die Heizwärmeerzeugung, die Erzeugung von Klimakälte und ggf. die Erzeugung von Gewerbekälte im Vordergrund stehen. Kollektoranlagen dürften für derartige Anwendungen allerdings in der Regel ungeeignet sein.
Kosten, Einsparungen
Wie viel kostet eine Anlage zur Erdwärmenutzung?
Dies lässt sich natürlich nur im Einzelfall sagen. Eine Wärmepumpe kostet etwa so viel wie ein Ölkessel mit Tankanlage oder so viel wie ein Gaskessel mit Gasanschluss. Ein Schornstein bzw. eine Abgasleitung werden nicht benötigt. Allerdings treiben die Kosten der Wärmequellenanlage die gesamten Investitionskosten auf ein Niveau, das deutlich höher als das einer konventionellen Anlage ist.
Mit welchen Zusatzkosten muss man bei Bau einer solchen Anlage rechnen?
Über die genannten Kosten hinaus kommen prinzipiell keine weiteren Kosten auf den Bauherrn zu, die nicht auch bei einer konventionellen Anlage entstehen würden. Allerdings ist es zweckmäßig eine Fußbodenheizung einzusetzen, die im Normalfall spürbar teurer als eine Radiatorheizung ist. Wenn der Zusatzeffekt der möglichen sommerlichen Kühlung genutzt werden soll, ist eine Kühldecke sinnvoll. Ggf. kann mit auf die Wand aufgeputzen Kapillarrohrmatten sowohl im Winter geheizt als auch im Sommer gekühlt werden.
Wie spart eine solche Anlage Geld?
Sowohl die Brennstoffkosten, also die Stromkosten als auch die Wartungskosten liegen spürbar unter denen einer konventionellen Heizung und/oder Kühlung. Die Mehraufwendungen bei den Investitionen sind oft schon nach deutlich weniger als 10 Jahren wieder eingespielt.
Führen solche Anlagen dazu, dass die Strompreise langfristig stärker steigen?
Es ist eher das Gegenteil der Fall: Der hier entstehende Strombedarf ist im wesentlichen Grundlastbedarf. Er ist geeignet, nächtliche Verbrauchstäler weiter anzufüllen. Preisgünstig produzierende Grundlastkraftwerke können daher besser ausgelastet werden.
Dies lässt sich natürlich nur im Einzelfall sagen. Eine Wärmepumpe kostet etwa so viel wie ein Ölkessel mit Tankanlage oder so viel wie ein Gaskessel mit Gasanschluss. Ein Schornstein bzw. eine Abgasleitung werden nicht benötigt. Allerdings treiben die Kosten der Wärmequellenanlage die gesamten Investitionskosten auf ein Niveau, das deutlich höher als das einer konventionellen Anlage ist.
Mit welchen Zusatzkosten muss man bei Bau einer solchen Anlage rechnen?
Über die genannten Kosten hinaus kommen prinzipiell keine weiteren Kosten auf den Bauherrn zu, die nicht auch bei einer konventionellen Anlage entstehen würden. Allerdings ist es zweckmäßig eine Fußbodenheizung einzusetzen, die im Normalfall spürbar teurer als eine Radiatorheizung ist. Wenn der Zusatzeffekt der möglichen sommerlichen Kühlung genutzt werden soll, ist eine Kühldecke sinnvoll. Ggf. kann mit auf die Wand aufgeputzen Kapillarrohrmatten sowohl im Winter geheizt als auch im Sommer gekühlt werden.
Wie spart eine solche Anlage Geld?
Sowohl die Brennstoffkosten, also die Stromkosten als auch die Wartungskosten liegen spürbar unter denen einer konventionellen Heizung und/oder Kühlung. Die Mehraufwendungen bei den Investitionen sind oft schon nach deutlich weniger als 10 Jahren wieder eingespielt.
Führen solche Anlagen dazu, dass die Strompreise langfristig stärker steigen?
Es ist eher das Gegenteil der Fall: Der hier entstehende Strombedarf ist im wesentlichen Grundlastbedarf. Er ist geeignet, nächtliche Verbrauchstäler weiter anzufüllen. Preisgünstig produzierende Grundlastkraftwerke können daher besser ausgelastet werden.
Installation
Ist die Installation schwierig?
Was die gebäudetechnischen Installationen angeht unterscheiden sich erdgekoppelte Systeme nicht von anderen. Die Installationen außerhalb des Gebäudes (Zuleitungen, Sammler, Verteiler usw.) müssen so ausgeführt werden, dass sie zu Wartungs-, u. U. auch Reparaturzwecken zugänglich sind.
Kann man Erdkollektoren oder oberflächennahe Sonden selbst einbauen?
Vordergründig sind dazu nur »einfache« Erdarbeiten notwendig. Andererseits sind Kunststoffrohre miteinander zu verbinden (z. B. zu verschweißen), so sachgerecht und mit entsprechenden Abständen zu verlegen, dass sie nicht einfrieren, und anderes mehr, so dass ein »Eigenbau« - auch aus Gründen der Gewährleistung - nicht empfohlen werden kann.
Wie lange dauert der Einbau von Erdwärmekollektoren,
oberflächennahen Sonden und tiefen Sonden?
Eine typische Installation für ein Einfamilienhaus kann bei Kollektoren in zwei Tagen erledigt sein, wenn das Rohr nicht in ein Sandbett eingebaut werden muss. Wenn kein festes Gestein (Fels) vorliegt, können Sonden vergleichbarer Entzugsleistung in ein bis zwei Tagen eingebaut sein.
Wie erkennt man, ob die Wärmequellenanlage korrekt installiert ist?
Vor dem Verfüllen bzw. Verpressen und danach sollten Druckproben durchgeführt werden. Nicht geschweißte oder ungeschützte (Rohrhülse!) Verbindungen an nicht mehr zugänglichen Stellen sollten vermieden werden. Bei Kollektoren dürfen die vom Rohrhersteller angegebenen Biegeradien nicht unter- und die maximalen Rohrlängen nicht überschritten werden. Beim Verfüllen bzw. Verpressen sollten große Steine oder gar Bauschutt aussortiert werden, um Beschädigungen des Rohrs zu vermeiden. Es sollten nur Fachfirmen mit Erfahrung und mit DVGW-Zertifikat beauftragt werden.
Wie erkennt man, ob eine Bohrfirma geeignet ist?
Erstens sollte die Bohrfirma vom DVGW (Deutscher Verein des Gas- und Wasserfachs) nach DVGW W 120 für solche Bohrarbeiten zertifiziert sein, zweitens hilft nur der Besuch von Referenzanlagen.
Wie erkennt man, ob ein Installationsbetrieb geeignet ist?
Der Installationsbetrieb sollte mit derartigen Anlagen Erfahrungen aufweisen. Ob dies der Fall ist, erkennt man »Kleinigkeiten«, so z. B. der Frage nach der Heizlast, dem Wärmebedarf, nach Informationen über die Bodenbeschaffenheit, das Grundwasser usw. Auch hier ist die Besichtigung von Referenzanlagen nützlich.
Ist es zweckmäßig, die Anlage etwas kleiner zu dimensionieren und Spitzenlasten mit einer elektrischen Direktheizung z. B. in einem Speicher zu decken?
Dies ist im Regelfall nicht sinnvoll. Erstens muss für die Direktheizung (teurer!) Haushalts- oder Gewerbestrom eingesetzt werden, zweitens besteht die Gefahr, die Wärmequellenanlage zu überlasten, wenn diese nicht rechtzeitig ausgeschaltet wird.
Was die gebäudetechnischen Installationen angeht unterscheiden sich erdgekoppelte Systeme nicht von anderen. Die Installationen außerhalb des Gebäudes (Zuleitungen, Sammler, Verteiler usw.) müssen so ausgeführt werden, dass sie zu Wartungs-, u. U. auch Reparaturzwecken zugänglich sind.
Kann man Erdkollektoren oder oberflächennahe Sonden selbst einbauen?
Vordergründig sind dazu nur »einfache« Erdarbeiten notwendig. Andererseits sind Kunststoffrohre miteinander zu verbinden (z. B. zu verschweißen), so sachgerecht und mit entsprechenden Abständen zu verlegen, dass sie nicht einfrieren, und anderes mehr, so dass ein »Eigenbau« - auch aus Gründen der Gewährleistung - nicht empfohlen werden kann.
Wie lange dauert der Einbau von Erdwärmekollektoren,
oberflächennahen Sonden und tiefen Sonden?
Eine typische Installation für ein Einfamilienhaus kann bei Kollektoren in zwei Tagen erledigt sein, wenn das Rohr nicht in ein Sandbett eingebaut werden muss. Wenn kein festes Gestein (Fels) vorliegt, können Sonden vergleichbarer Entzugsleistung in ein bis zwei Tagen eingebaut sein.
Wie erkennt man, ob die Wärmequellenanlage korrekt installiert ist?
Vor dem Verfüllen bzw. Verpressen und danach sollten Druckproben durchgeführt werden. Nicht geschweißte oder ungeschützte (Rohrhülse!) Verbindungen an nicht mehr zugänglichen Stellen sollten vermieden werden. Bei Kollektoren dürfen die vom Rohrhersteller angegebenen Biegeradien nicht unter- und die maximalen Rohrlängen nicht überschritten werden. Beim Verfüllen bzw. Verpressen sollten große Steine oder gar Bauschutt aussortiert werden, um Beschädigungen des Rohrs zu vermeiden. Es sollten nur Fachfirmen mit Erfahrung und mit DVGW-Zertifikat beauftragt werden.
Wie erkennt man, ob eine Bohrfirma geeignet ist?
Erstens sollte die Bohrfirma vom DVGW (Deutscher Verein des Gas- und Wasserfachs) nach DVGW W 120 für solche Bohrarbeiten zertifiziert sein, zweitens hilft nur der Besuch von Referenzanlagen.
Wie erkennt man, ob ein Installationsbetrieb geeignet ist?
Der Installationsbetrieb sollte mit derartigen Anlagen Erfahrungen aufweisen. Ob dies der Fall ist, erkennt man »Kleinigkeiten«, so z. B. der Frage nach der Heizlast, dem Wärmebedarf, nach Informationen über die Bodenbeschaffenheit, das Grundwasser usw. Auch hier ist die Besichtigung von Referenzanlagen nützlich.
Ist es zweckmäßig, die Anlage etwas kleiner zu dimensionieren und Spitzenlasten mit einer elektrischen Direktheizung z. B. in einem Speicher zu decken?
Dies ist im Regelfall nicht sinnvoll. Erstens muss für die Direktheizung (teurer!) Haushalts- oder Gewerbestrom eingesetzt werden, zweitens besteht die Gefahr, die Wärmequellenanlage zu überlasten, wenn diese nicht rechtzeitig ausgeschaltet wird.
Umwelt, Klima
Wie hoch ist der Energieverbrauch?
Mit erdgekoppelten Wärmepumpen werden Arbeitszahlen zwischen 4 und 5 erreicht, d. h. es wird deutlich mehr Wärme erzeugt, als an Primärenergie zur Stromerzeugung aufgewendet wurde. Entsprechend werden C02-Emissionen eingespart.
Gefährden die Kältemittel der Wärmepumpen die Ozonschicht?
Im Kältekreis der Wärmepumpe werden keine chlorhaltigen Kältemittel mehr verwendet, so dass auch eine Gefährdung der Ozonschicht ausgeschlossen ist.
Müssen Erdwärmesonden oder Kollektoren mit Frostschutzmitteln betrieben werden? Können Frostschutzmittel das Grundwasser gefährden?
In den Erdsonden oder -kollektoren kann es notwendig sein, Frostschutzmittel zuzusetzen. Dabei handelt es sich meist um Mittel auf der Basis von Glykol. Zum Schutz des Grundwassers dürfen nur solche Frostschutzmittel verwendet werden, die auch für Lebensmittel zugelassen sind.
Kann es schädlich sein, wenn der Boden
durch Sonden oder Kollektoren eingefroren wird?
Die Dimensionierung der Wärmequelle sollte vermeiden, dass der Boden mehr als unumgänglich ausgekühlt wird. Dennoch kann es insbesondere bei sehr knapp ausgelegten Kollektorfeldern zum Einfrieren des Bodens kommen. Wenn die in VDI 4640 genannten Temperaturgrenzen eingehalten werden, kann man davon ausgehen, dass der Boden unter sommerlichen Bedingungen wieder auftaut. Mit Bodenverschiebungen in Folge des Frosts muss nicht gerechnet werden.
Mit erdgekoppelten Wärmepumpen werden Arbeitszahlen zwischen 4 und 5 erreicht, d. h. es wird deutlich mehr Wärme erzeugt, als an Primärenergie zur Stromerzeugung aufgewendet wurde. Entsprechend werden C02-Emissionen eingespart.
Gefährden die Kältemittel der Wärmepumpen die Ozonschicht?
Im Kältekreis der Wärmepumpe werden keine chlorhaltigen Kältemittel mehr verwendet, so dass auch eine Gefährdung der Ozonschicht ausgeschlossen ist.
Müssen Erdwärmesonden oder Kollektoren mit Frostschutzmitteln betrieben werden? Können Frostschutzmittel das Grundwasser gefährden?
In den Erdsonden oder -kollektoren kann es notwendig sein, Frostschutzmittel zuzusetzen. Dabei handelt es sich meist um Mittel auf der Basis von Glykol. Zum Schutz des Grundwassers dürfen nur solche Frostschutzmittel verwendet werden, die auch für Lebensmittel zugelassen sind.
Kann es schädlich sein, wenn der Boden
durch Sonden oder Kollektoren eingefroren wird?
Die Dimensionierung der Wärmequelle sollte vermeiden, dass der Boden mehr als unumgänglich ausgekühlt wird. Dennoch kann es insbesondere bei sehr knapp ausgelegten Kollektorfeldern zum Einfrieren des Bodens kommen. Wenn die in VDI 4640 genannten Temperaturgrenzen eingehalten werden, kann man davon ausgehen, dass der Boden unter sommerlichen Bedingungen wieder auftaut. Mit Bodenverschiebungen in Folge des Frosts muss nicht gerechnet werden.
Rund ums Haus
Beeinträchtigt ein Erdwärmekollektor die Vegetation auf meinem Grundstück?
Die Vegetation wird nicht beeinflusst, wenn die Wärmequellenanlage nicht überlastet wird. Dies kann geschehen, wenn versucht wird, eine zu hohe Spitzenleistung zu entnehmen, aber auch wenn zu viel Wärme(-arbeit) entnommen wird. Daher sollte eine solche Anlage auch für ein Einfamilienhaus ordentlich berechnet werden. Eine richtig dimensionierte Anlage hat keinen Effekt auf Gras, Sträucher, Bäume usw.
Mein Grundstück ist sehr schattig. Beeinträchtigt dies die Erdwärmenutzung?
Nein. Sonden liegen ohnehin so tief, dass die Oberflächentemperatur keine Rolle spielt, bei Kollektoren ist die Zeitverzögerung aufgrund der hohen Speichermasse immer noch so groß, dass in den üblichen Verlegetiefen keine wesentlich anderen Temperaturverhältnisse zu erwarten sind.
Kann ich ein System zur Erdwärmenutzung zusätzlich
zu meiner schon vorhandenen Heizung einbauen?
Grundsätzlich ja. Aber die Heizkörper sollten mit möglichst niedrigen Temperaturen betrieben werden. Zwar kann man mit einer Wärmepumpe auch auf normal ausgelegte Radiatoren fahren. Allerdings wird man dann deutlich ungünstigere Arbeitszahlen erreichen.
Muss ein mit Erdwärme beheiztes Haus besonders gedämmt sein?
Grundsätzlich nein. Aber eine bessere Dämmung vermindert die Heizlast und den Wärmebedarf. Das Risiko, Kollektorfelder einzufrieren wird damit gemindert. Auch können ggf. schon vorhandene Heizkörper mit niedriger Temperatur und daher besserer Arbeitszahl betrieben werden.
Die Vegetation wird nicht beeinflusst, wenn die Wärmequellenanlage nicht überlastet wird. Dies kann geschehen, wenn versucht wird, eine zu hohe Spitzenleistung zu entnehmen, aber auch wenn zu viel Wärme(-arbeit) entnommen wird. Daher sollte eine solche Anlage auch für ein Einfamilienhaus ordentlich berechnet werden. Eine richtig dimensionierte Anlage hat keinen Effekt auf Gras, Sträucher, Bäume usw.
Mein Grundstück ist sehr schattig. Beeinträchtigt dies die Erdwärmenutzung?
Nein. Sonden liegen ohnehin so tief, dass die Oberflächentemperatur keine Rolle spielt, bei Kollektoren ist die Zeitverzögerung aufgrund der hohen Speichermasse immer noch so groß, dass in den üblichen Verlegetiefen keine wesentlich anderen Temperaturverhältnisse zu erwarten sind.
Kann ich ein System zur Erdwärmenutzung zusätzlich
zu meiner schon vorhandenen Heizung einbauen?
Grundsätzlich ja. Aber die Heizkörper sollten mit möglichst niedrigen Temperaturen betrieben werden. Zwar kann man mit einer Wärmepumpe auch auf normal ausgelegte Radiatoren fahren. Allerdings wird man dann deutlich ungünstigere Arbeitszahlen erreichen.
Muss ein mit Erdwärme beheiztes Haus besonders gedämmt sein?
Grundsätzlich nein. Aber eine bessere Dämmung vermindert die Heizlast und den Wärmebedarf. Das Risiko, Kollektorfelder einzufrieren wird damit gemindert. Auch können ggf. schon vorhandene Heizkörper mit niedriger Temperatur und daher besserer Arbeitszahl betrieben werden.
