Bildergalerie | 1 |

Beheizung und Kühlung

Zur Einbindung in ein regeneratives Heiz-/Kühlsystem wird auch das Erdreich mit einer ganzjährigen Temperatur zwischen 8 bis 12 °C genutzt. Bei kleineren Gebäudegrundstücken bieten die Erdsonden eine Alternative zu den sonst üblichen Erdwärme-Flächenkollektoren. In der Praxis stellt sich dieses Temperaturniveau zur Beheizung und Kühlung eines Gebäudes mittels Wärmepumpentechnologie ideal dar. Selbst bei einer Temperaturdifferenz des Wärmeaustausches von ca. 10 K zwischen dem Untergrund und der Wärmepumpe sind in Verbindung mit Flächenheizsystemen Heizzahlen von über 4,0 erreichbar.

Zudem ergibt sich eine optimale Nutzung des Untergrundes auch für Gebäude, die nicht nur beheizt sondern im Sommer auch gekühlt werden müssen. Bei einer entsprechenden Beschaffenheit dient hierbei der Untergrund als saisonaler Speicher, der die im Sommer aufgenommene Gebäudewärme aufnimmt und zu einem großen Teil als Wärmequelle für den winterlichen Heizbetrieb bewahrt. Für den Kühlfall reicht das Temperaturniveau im Untergrund in der Regel zur direkten Kühlung über Flächenkühlsysteme aus. Nur in den Fällen eines hohen Kühlleistungsbedarfs oder wenn im Verlauf der Kühlperiode die Ergiebigkeit der Kältequelle im Erdreich nachlässt (Regeneration des Erdreichs), muss ggf. auf einen Betrieb mit Kältemaschinen übergegangen werden.

Die vertikalen Erdwärmesonden werden in eigens für diesen Zweck erstellte Bohrungen von 15 bis 25 cm Durchmesser und bis zu einer Tiefe von 100 m eingeführt. Wirtschaftlich macht sich der Bohraufwand dann besonders bezahlt, wenn mit Hilfe der Sonden direkt ohne zusätzliche Kältemaschine gekühlt werden kann.

Die Leistung einer Erdsonde ist von der Beschaffenheit des Erdreichs abhängig und kann im Mittel mit ca. 50 W/m Bohrtiefe veranschlagt werden. Nach VDI 4640 erfolgt die Festlegung der Sonderlängen. In den neueren technischen Regeln werden die Anforderungen und die Dimensionierung der Betonaktivierung sowie die Anforderungen an Erdsonden beschrieben. Das Regelwerk reicht zur Dimensionierung der Heiz- und Kühlanlagen jedoch nicht aus, weil zur Auslegung der Erdwärme- bzw. Erdkältesonden die Kenntnis des thermischen Verhaltens der Sonden, der Wärmeleitfähigkeit und der volumerischen Wärmekapazität des Erdreichs erforderlich ist. Zur Dimensionierung werden daher im Regelfall Simulationsrechnungen genutzt.

Der Anwender geht ein großes Risiko ein, wenn er beispielsweise die Richtwerte aus der VDI 4640 zugrunde legt, da die realen Werte in der Praxis erheblich von den Richtwerten abweichen können. Als Folge würde sich für die speicherwirksame Erdmasse auf jeden Fall eine unausgeglichene Energiebilanz ergeben, wodurch letztlich eine permanente Aufheizung oder Auskühlung resultieren könnte. Der Zusammenhang zwischen der Leistung und der mittleren Temperaturdifferenz hinsichtlich der Energiequelle und Umgebung lässt sich für einfache geometrische Formen der Wärmequelle, d.h. Punkt, Linie, Band, Scheibe, etc. analytisch nach der "Quellentheorie" berechnen. Hierbei kann die Temperatur der Umgebung mit der gleichen Temperaturmessung der Wärmequelle vor Beginn der Wärmeeinspeisung nach einer angemessenen Ausgleichszeit einfach bestimmt werden.

In der oberflächennahen Geothermie wird in den letzten Jahren die "Quellentheorie" aus dem Grund gerne angewendet, weil die Erdwärme- bzw. Erdkältesonden eine nahezu ideale Linienform haben und sich daher der Zusammenhang zwischen der Leistung und der Temperaturdifferenz nach großen Zeiten entsprechend der VDI 4640 logarithmisch in der Zeit darstellt.

Zwischenzeitlich werden neben den Rohr-in-Rohr und U-Rohr-Sonden auch andere Bauformen von Erdwärmesonden angeboten, die z.B. aus einem spiralförmig gewendelten Rohr bestehen. Diese Bauformen, deren Anwendungen im kleineren und mittleren Leistungsbereich liegen, verringern u.a. die Bohrungskosten.

Bildnachweis: Bundesverband WärmePumpe e.V. (BWP), München

• Zum Thema

• Geothermie
• Wärmepumpen