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Erdsonden
Das Konzept Wärmepumpe ist schon lange erfolgreich im Einsatz. Die erste grössere Anlage zu Beheizung von Wohngebäuden in der Schweiz wurde 1938 in Zürich in Betrieb genommen. Die Wärmepumpe nutzt die Energie aus dem Erdreich, der Luft oder dem Wasser für Heizung, Kühlung und Warmwasseraufbereitung. Wärmepumpen-Heizungen sind beliebt wegen ihrer Öko-Bilanz, wegen ihrer Wirtschaftlichkeit und wegen des wartungsarmen Betriebs.
Wärmepumpen-Heizungen sind von Preisschwankungen am Energiemarkt nur bedingt abhängig. Es überrascht also nicht, dass heute jedes zweite neu gebaute Einfamilienhaus mit einer Wärmepumpe ausgerüstet ist.
Funktionsweise von Wärmepumpen-Heizungen
Es gibt verschiedene Arten von Wärmepumpen-Systemen, abhängig von der Wärmequelle. Bei der Systembezeichnung der verschiedenen Wärmepumpen steht das erste Wort für den Bezug der Energie und das zweite Wort für die Abgabe der Heizungswärme. Nachfolgend erläutern wird Ihnen die Funktionsweise der einzelnen Wärmepumpen–Systeme.
Die Grafik 1 zeigt den Aufbau einer Wärmepumpen-Heizung, welche der Erde und dem Wasser Wärme entzieht. Foto: © arahan - Fotolia.com
Sole/Wasser und Wasser/Wasser Wärmepumpe
Eine Wärmepumpen-Heizung besteht aus drei Teilen, einer Wärmequellanlage, einer Wärmepumpe und einer Wärmeverteilung. Die Wärmequellanlage bezieht die Energie aus dem Grundwasser oder dem Erdreich (siehe Grafik 1). Sie wird dabei waagerecht als Erdkollektor oder senkrecht als Erdsonde ins Erdreich eingebaut. Erdkollektoren heissen Rohrsysteme, welche horizontal unter der Frostgrenze bei einer Tiefe von rund 1.0 bis 1.5 Meter verlegt werden. Für ein Einfamilienhaus ist dafür eine unbebaute und unversiegelte Fläche von 200 bis 250 Quadratmeter nötig. Aus Platz und Vegetationsgründen stehen heute Erdregisterkörbe zur Verfügung. Diese können eingesetzt werden, wenn keine Bohrbewilligung erteilt wird. Der Boden bezieht in der obersten Schicht seine Wärme aus Regenwasser und Sonneneinstrahlung. Bei Erdsonden werden die Rohre nach einer Tiefenbohrung bis 250 Meter vertikal ins Erdreich geführt. Ab einer Tiefe von etwa 150 Metern liegt die Temperatur konstant bei rund 6-10 Grad. Diese Wärme kommt aus dem Erdinneren. Die Bohrtiefe ist abhängig von der Kälteleistung der Wärmepumpe. Heute wird mit einer Entzugsleistung von 40 Watt pro Meter die Sondenlänge bestimmt. Durch die Erdsondenrohre fliest eine frostsichere Flüssigkeit, welche die Umgebungswärme aufnimmt und an den Kältekreis in der Wärmepumpe überträgt.
Die Grafik 2 zeigt den Aufbau einer Wärmepumpe mit Kompressor. Foto: © arahan - Fotolia.com
In der Wärmepumpe zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf ein Kältemittel, das auch bei Minustemperaturen kocht und verdampft (siehe Grafik 2, Wärmepumpe). Hier sollten Sie darauf achten, ein möglichst umweltneutrales Kältemittel wie Propan zu nutzen. Beim Verdampfen entzieht das Kältemittel dem Wärmequellenkreislauf Wärme. Der Dampft gelangt in den mit Strom betriebenen Verdichter, auch Kompressor genannt. Dieser verringert das Volumen des gasförmigen verdampften Kältemittels und erhöht damit das Temperaturniveau weiter. Das heisse Kältemittel strömt nun weiter in den Verflüssiger, wo die gewonnene und weiter erhitzte Umgebungswärme an den Wärmeverteiler (Heizungskreislauf) übertragen wird. Dabei verflüssigt sich das Kältemittel wieder und über ein Entspannungsventil, welches den Druck weiter abbaut, wird das nun vollständig abgekühlte und flüssige Kältemittel erneut dem Verdampfer zugeführt.
Die Wärmeverteilung funktioniert wiederum über einen Kreislauf, in welchem der Wärmeträger Wasser zirkuliert. Das erhitzte Wasser fliesst durch ein Rohrsystem, zu den verschiedenen Räumen eines Gebäudes durch die Bodenheizungsregister oder Heizkörper, welche die Wärme an die Raumluft abgeben. Anschliessend fliesst das abgekühlte Wasser zurück zur Wärmepumpe.