Wärme aus der Horizontalen: Kompakt-Absorber ermöglichen Erdwärmenutzung auch unter schlechten hydrogeologischen Bedingungen
Ausschlaggebend für die Kosten eines Sole/Wasser-Wärmepumpensystems ist die jeweilige Wärmequellenanlage. Leistungsstarke Kompakt-Absorber sind eine Alternative zu Erdsonden, die selbst für kleine Grundstücke ausreichend Platz bieten und sich aufgrund vorkonfektionierter Elemente zeit- und kostensparend verlegen und montieren lassen, wie das Beispiel eines Eigenheims in Mecklenburg-Vorpommern zeigt.
Das ganze Jahr hindurch wird Wärme von der Oberfläche ins Erdreich eingetragen. 96 m² horizontal verlegte Absorbermatten waren für das Einfamilienhaus mit 120 m² Wohnfläche ausreichend, um es mit Erdwärme zu versorgen.
Der geringe Platzbedarf der Sole/Wasser-Wärmepumpe lässt eine Montage im Hauswirtschaftsraum zu. Die Wärmepumpe versorgt eine Fußbodenheizung mit einer Vorlauftemperatur von 35 °C.
Der Aushub für die 96 m² große Fläche bleibt in überschaubarem Rahmen und war in Zarrentin eine kostengünstige Alternative zu mehreren 40 m tiefen Erdsondenbohrungen.
Die Kompakt-Absorber müssen auf einem feinkörnigen Sandbett verlegt und mit einer geschlossenen Sandschicht abgedeckt werden. Dabei ist eine sorgfältige Vorgehensweise sehr wichtig, damit beim Erdauftrag keine Steine das Mattensystem beschädigen können.
Nach dem Muffenschweißverfahren werden die Einzelkomponenten modular verschweißt.
Die Sammelleitungen werden in einem Graben im Sandbett zur Hauswand geführt und an den Wärmequellenverteiler angebunden.
Eine Immobilie mit hohem Wohnwert erschaffen, sich auf Dauer unabhängig von fossilen Brennstoffen machen und selbst in puncto Klimaschutz aktiv werden - das waren die Beweggründe des Ehepaars Leers, beim Bau ihres Einfamilienhauses auf eine Sole/Wasser-Wärmepumpe zu setzen. Doch fast hätte sich dies nicht realisieren lassen und das, obwohl sie von Anfang an alle Weichen hierfür gestellt hatten. Der Grund dafür waren die unvermutet hohen Bohrkosten, aufgrund der schwierigen hydrogeologischen Verhältnisse, mit denen die Bauherren einfach nicht gerechnet hatten.
Die Baufirma fand einen Spezialisten, der Wärmepumpen-Anlagen nicht nur mit vertikalen Sondenbohrungen, sondern auch mit horizontalen Kollektoren plant und installiert: die Firma newe erdwärme-hamburg GmbH aus Hamburg.
Wärmequelle horizontal angezapft
Das neue Einfamilienhaus Leers befindet sich im kleinen Ort Zarrentin in Mecklenburg-Vorpommern. Zur guten Energiebilanz trägt neben der massiven Bauweise aus Porenbeton vor allem eine Sole/Wasser-Wärmepumpe vom Typ Nibe "Fighter 1220" bei. Da die Entzugsleistung der Wärmequelle stets von der Bodenbeschaffenheit abhängt, waren die Rahmenbedingungen für die zunächst vorgesehenen Erdsonden sehr ungünstig. In Zarrentin wird der Boden als "endmorän" bezeichnet, d. h. er ist sehr steinig und kann Wärme weniger gut speichern. Nach ersten Bodenuntersuchungen und Berechnungen stand fest: Es kann nur 40 Meter tief gebohrt werden, sodass zur Sicherstellung des Wärmebedarfs gleich mehrere Erdsonden erforderlich wären. Eine Umsetzung dieses Ausmaßes hätte die Gesamtkosten für das Sole/Wasser-Wärmepumpen-Heizsystem des Einfamilienhauses gesprengt. Die deutlich kostengünstigere Möglichkeit der Erdwärme-Nutzung mit Absorbermatten nahmen die Bauherren daher dankbar an.
Schnell war auf dem rund 800 m² großen Grundstück festgelegt, wo sich die erforderliche, etwa 96 m² große Kollektorfläche befinden sollte. Im Vergleich zu herkömmlichen Erdkollektoren (Rohrsysteme) benötigen Absorbermatten eine deutlich geringere Entzugsfläche. Je nach Bodenbeschaffenheit verringere sie sich sogar bis zu 50 %. Die Kompakt-Absorber des Herstellers arbeiten nach dem "Low-Flow-Prinzip", also mit einer niedrigen Strömungsgeschwindigkeit, die einen optimalen Entzug der Wärme aus dem Erdreich gewährleiste. Dabei darf die Entzugsfläche nur als Rasen- und Staudenfläche dienen und nicht mit Sträuchern und Bäumen bepflanzt werden. So ist sichergestellt, das die Absorbermatten nicht durch Wurzeln zerstört werden und Sonnenenergie das ganze Jahr hindurch ungehindert in den Boden eindringen kann.
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Regeneration der Wärmequellenanlage
"Wird der Boden eigentlich auf Dauer auskühlen, wenn ihm ständig Wärme entzogen wird?", stellten die Bauherren dem Wärmepumpenhersteller eine durchaus berechtigte Frage. Tatsächlich kühlt sich die Umgebung um eine vertikale Erdsonde oder einen horizontalen Erdkollektor innerhalb einer Heizperiode ab. Das Unternehmen hat aus diesem Grund eine Überprüfung beauftragt: In einem 3-jährigen Feldversuch konnte Professor Chapar Mostofizadeh vom CREA-Center für Rationelle Energieanwendung in Bremerhaven belegen, dass das ganzjährig genutzte Erdreich durch den flächenhaften Wärmeentzug nicht dauerhaft auskühlt, sondern sich durch Sonneneinstrahlung, Regenwasser und Schneeschmelze stets regeneriere. Die Kompakt-Absorber wurden auf Basis dieser Erkenntnisse von der CREA zertifiziert.
Sie bestehen aus mehreren werkseitig druckgeprüften und vorkonfektionieren Kollektormatten, die in 1,20 m Tiefe horizontal auf einem Sandbett ins Erdreich eingebracht werden. Über eine Verteiler/Sammler-Kombination wurden die Absorbermatten parallel verschaltet. Die Temperatur in 1,20 m Tiefe sei für das frostsichere Wärmeträger-Solegemisch, das in den Kapillaren der Polyprophylenmatten zirkuliert, auch im tiefsten Winter ausreichend, um der Wärmepumpe die erforderliche Verdampferenergie zu liefern, die sie zum Beheizen des Hauses und zur Brauchwarmwasserbereitung benötigt. Die Verlegung der 12 Kompakt-Absorber mit der Entzugsfläche von 96 m² sowie die gesamten Erdarbeiten und die Anbindung an die Wärmepumpe erfolgte durch die newe erdwärme hamburg innerhalb weniger Tage.
Energiekonzept geht auf
Zusammen mit der installierten Sole/Wasser-Wärmepumpe mit 6 kW Heizleistung bilden die Kompakt-Absorber ein Gesamtsystem, das nach Angaben des Wärmepumpenherstellers einen hohen COP von 5,0 erreicht. Dieser Wert gelte für B0/W35 (gemäß DIN EN 255: Wärmequelleneintritt 0 °C/Heizungsvorlauf 35 °C). Die Vorlauftemperatur von 35 °C ist für eine entsprechend dimensionierte Fußbodenheizung, die im ganzen Haus zur Wärmeübergabe eingesetzt wird, ausreichend.
Die eingesetzte Verdichtertechnologie ermöglicht darüber hinaus Warmwasser-Vorlauftemperaturen bis zu 65 °C. Dabei ist der Doppelmantelspeicher (160/45 Liter) zur Brauchwarmwasserbereitung platzsparend direkt in das Gerät integriert. Das kompakte Gerät benötigt lediglich eine Aufstellfläche von 60 x 62 cm, ist 189 cm hoch und wurde im Hauswirtschaftsraum neben der Küche platziert.
"Eine optimierte Abstimmung des Gesamtsystems setzt selbstverständlich entsprechendes Fachwissen voraus", unterstreicht NIBE-Wärmepumpenspezialist Marco Newiger. "Aber das lässt sich erlernen." So bietet Nibe innerhalb seines Schulungsprogramms auch für Kompakt-Absorber regelmäßig Seminare an.
Bilder: NIBE Systemtechnik GmbH, Celle und newe erdwärme GmbH, Hamburg
