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Fragen und Antworten zur Planung einer Wärmepumpe

Nachfolgend habe ich die am häufigisten gehörten Fragen und die Antworten dazu gesammelt.
Vielleicht ist auch eine Frage dabei, die Sie interessiert?

FRAGE: Was ist “Sole”?

ANTWORT:  Viele denken bei Sole an ein Wasser-Salz-Gemisch und an Heilquellen. Sole in Verbindung mit Wärmepumpen bedeutet ein Wasser-Alkohol-Gemisch, ähnlich wie bei der  Wasserkühlung im Auto. Die Sole nimmt beim Durchfliesen der Erdschläuche Erdwärme auf, welche ihr dann von der Wärmepumpe wieder entzogen werden kann. Der Alkohol-Anteil verhindert ein Einfrieren der Sonden- bzw. der Kollektoranlage.

 

FRAGE: Was ist eine Erdwärmesonde ?

ANTWORT:  Eine Erdwärmesonde besteht im einfachsten Fall aus einem U-förmig gebogenen Rohr , durch welches eine Alkohol-Wasser-Gemisch, die Sole, gepumpt wird.
In der Praxis werden Erdwärmesonden so gebaut, dass ein idealerweise rund 90 m tiefes Loch gebohrt wird, und dort hinein werden 4 Kunststoffohre eingeführt. Je 2 der Rohre sind  dabei am unteren Ende durch ein U-Profil verbunden. Somit  entstehen dabei 2 “U’s”. Die so gebauten U’s müssen noch mit der Wärmepumpe im Heizungskeller  verbunden werden. Das ist dann der sogenannte Hausanschluss. Werden mehrere Sonden benötigt, so werden diese mit entsprechenden Formteilen zu einer Sondenanlage verschweist und mit  dem Hausanschluss verbunden.

Achtung: Erdwärmesonden sind genehmigungspflichtig!

Nachfolgendes Bild zeigt eine Beispiel für einen Sondenkopf, in dem 4 Schläuch zu 2 U’s verschweist wurden. Der Metallhaken dient zur Befestigung eines Zug-Gewichts zur leichteren Einbringung der Sonde in das Bohrloch. Der Rest der Sonde ist noch zur Spule aufgewickelt:

Erdwärmesonde Sondenkopf

 

FRAGE: Wie groß/lang/tief muss die Erdwärmesonde sein?

ANTWORT: Das richtet sich nach dem Wärmebedarf in Ihrem Haus. Typischerweise werden in einem Einfamilienhaus 150 bis 250 m benötigt. Man kann aber diese “Bohrmeter” auch auf 2 oder mehr Sonden aufteilen. Eventuell richtet sich das auch nach Auflagen durch das Amt für  Wasserrecht , welches die Bohrungen genehmigen muss.

 

FRAGE: Wie hoch ist die Lebensdauer so einer Erdwärmesonde?

ANTWORT: Es gibt Anbieter, die sprechen von 100 Jahren und mehr. Das üblicherweise verwendete Material ist praktisch “unkaputtbar”. Anschlussstellen sollten thermisch verschweist werden, aber das dürfte inzwischen allgemeiner Standard sein.

 

FRAGE: Was ist ein Flachkollektor?

ANTWORT: Im Prinzip handelt es sich dabei um eine  Erdwärmesonde, die nicht in Form eines  teifen Bohrloches, sondern als langer, mehr oder weniger horizontaler, rund 150 cm tiefer  Graben ausgeführt wurde. Es gibt dabei sehr verschiedene Ausführungsvarianten (Verrohrung in U-Form, Spiralen, Energiekörbe). Ihnen allen ist jedoch gemein, dass Sie (fast) nur soviel Energie bereitstellen können, wie die Sonne (!) von oben nachliefert. Sie sollten also großzügig hinsichtlich der Fläche dimensioniert sein. Ihr großer Vorteil besteht in der Genehmigungsfreiheit, so lange die gebauten Gräben  nicht die Grundwasseroberfläche erreichen. Flachkollektoren bestehen normalerweise aus Kunststoffrohren mit Sole darin.

Ein Sonderfall stellt der Flachkollektor aus Kupfer dar. Wegen der relativ hohen Druckfestigkeit des Kupfers kann hier anstatt der Sole das  unter Druck stehende Kältemittel direkt zirkulieren (=”Direktverdampfung”). Sole wird hierbei nicht mehr benötigt. Das Ergebnis sind allerbeste Wirkungsgrade. Insofern Ihr Grundstück hinreichend eben ist, ist der Flachkollektor aus Kupfer mit einer Direktverdampfer-Wärmepumpe die allerbeste Wahl!

 

FRAGE: Wie kann das funktionieren - der Boden unter dem Garten ist doch kalt?

ANTWORT:  Wir Menschen empfinden das subjektiv so, und die gute alte Celsius-Skala bestärkt uns darin.  Aus “Sicht” der Wärmepumpe ist es unter dem Garten jedoch rund 280°K  warm (wobei “K” für “Kelvin” steht und 280°K rund 7°C entsprechen).   Im Haus ist es nur unwesentlich wärmer, nämlich etwa 294°K (=21°C).  Damit hat die Wärmepumpe überhaupt keine Probleme. Wichtig ist, dass die Wärmepumpe irgendetwas hat, was sie abkühlen kann, denn genau diese “abgepumpte” Wärme wollen wir ja im Haus nutzen.
Das Ganze funktioniert sogar noch bis zu einer Soletemperatur von 248°K (= minus 25°C). Es ginge sogar noch viel tiefer, aber bei minus 25°C ist  der Frostschutz in der Sole  am Limit.  Wichtig ist aber auch, dass man die Temperaturdifferenz zwischen Solekreis und Heizkreis nicht zu groß werden lässt. Sonst sinkt nämlich der Wirkungsgrad der Wärmepumpe und die Stromkosten sind nicht mehr ganz so niedrig.

 

FRAGE: Ich wohne im Trinkwasserschutzgebiet und darf keine Erdwärmesonde bohren. Was tun?

ANTWORT: Das ist gut möglich. Aber man muss das genau klären: Was für eine Sonde darf nicht gebohrt werden? Darf eine Sonde eventuell mit klarem Wasser oder einem anderen Wärmeträger betrieben werden?   Darf man vielleicht weniger tiefe Sonden bohren? Ich selbst durfte vor über 2 Jahren nur 75 m tief bohren - und schon das war ein Genehmigungsdrama. Keine 2 Jahre später konnte 50 m entfernt von hier ein Nachbar bereits 113 m tief bohren. Da kann man sich nur wundern ....

Alternativen zur genehmigungspflichten Erdwärmesonde sind Flachkollektoren, Brunnen, CO2-Sonden, Direktverdampfung im Erdreich und Luft-Wasser-Wärmepumpen (siehe dazu auch die Seite “Funktionsweise”  einer Wärmepumpe).

 

FRAGE: Sieht man die Erdewärmesonde hinterher im Garten?

ANTWORT: Nein! Das komplette Schlauchsystem der Erdwärmesonenanlage bleibt unter der Erde.
Die Schlauchverbindungen zwischen der Erdwärmesonde und Ihrer Wärmepumpe im Haus sollten
ca. 1 m unter der Erde verlegt werden. Auch das werden Sie später nicht mehr sehen.
Bei den von mir betreuten Projekten achte ich außerdem darauf, dass das Bohrunternehmen möglichst mit kleinem Gerät bohrt. Schäden an Rasen, Blumenrabatten und Gehwegen werden dadurch auf das machbare Miniumum reduziert.

 

FRAGE: Was ist  eine  CO2-Sonde?

ANTWORT: Hierbei handelt es sich in der Regel um eine 100 m lange (=tiefe) vertikale Erdwärmesonde aus Edelstahl, die jedoch  nicht mit Sole gefüllt ist, sondern mit teils flüssigem, teils gasförmigem CO2. In diesen  Sonden verdampft unten das CO2 und nimmt dabei Erdwärme auf. Wird der Sondenkopf durch eine Wärmepumpe abgekühlt, kann dort das CO2 wieder kondensieren und die zuvor im unteren Bereich beim Verdampfen aufgenommene Energie wird wieder frei. Diese Energie wird dann von der Wärempumpe genutzt. Das kondensierte, flüssige CO2 fliest auf der Sondeninnenseite wieder zurück nach unten, wo der Kreislauf erneut beginnt.

CO2-Sonden sind absolut wartungsfrei. Sie werden seit Jahren in arktischen Gebieten eingesetzt, um Permafrostböden am Auftauen zu hindern (Pipelinebau, Eisenbahntrassen ....)

 

FRAGE: Wie tief darf man bohren?

ANTWORT: Das Antragsverfahren für Bohrungen bei oberflächennaher Geothermie war Anfang 2009 im Umbruch. Prinzipiell kann seither eine Bohrtiefe bis 400 m im “normalen” Antragsverfahren genehmigt werden werden. Diese Zahl kann aber eingeschränkt werden, wenn es begründete hydrologische Bedenken seitens der des Amts für Wasserrecht gibt. Die Genehmigungen von Bohrungen jenseits dieser Tiefe sind derart teuer, dass sie für normale Hausbesitzer in der Regel nicht wirtschaftlich sind und daher nicht in Frage kommen.

 

FRAGE: Kann es zu Erdbeben kommen, so wie zuletzt in Basel?

ANTWORT: Nach menschlichem Ermessen: Nein! Die Bohrungen für uns “Otto Normalverbraucher” erstrecken sich auf Tiefen von maximal 400 m. Das liegt an den entsprechenden deutschen Gesetzen. In Basel wurde mit entsprechenden Sondergenehmigungen wesentlich tiefer gebohrt. Nach meiner Information bis auf 5000 m tief.
Dabei  wird dabei häufig auf eine besondere Technik zurückgegriffen: Unter hohem Druck wird Flüssigkeit  ins tiefe Gestein gepresst, damit das später einströmende Heizwasser dort unten auch vernünftig zirkulieren kann. Genau diese Pressungen waren zuletzt von Fachleuten für diverse  Beben in der Gegend von Basel verantwortlich gemacht worden.

Also keine Angst: Erdbeben sind sind bei der hier beschriebenen oberflächennahen Geothermie nicht zu erwarten.

 

FRAGE: Kann es zu Schäden kommen, so wie zuletzt in Staufen?

ANTWORT: Das hängt immer davon ab, wo man bohrt. In Staufen ist der Stand der Erkenntnis, dass man wohl eine Gips-Schicht angebohrt hat, die jetzt durch eindringendes Grundwasser langsam aufquillt. Im Bereich Konstanz - Radolfzell - Singen ist so eine Formation nicht bekannt.

 

FRAGE: Was passiert, wenn die Sonde zu klein ist?

ANTWORT: Zunächst wird zwar die Bohrung billiger. Im Betrieb wird eine zu kurze Sonde jedoch deutlich kälter als eine richtig bemessene oder gar überdimensionierte Sonde. Das bedeutet höhere Stromkosten, weil der Wirkungsgrad der Anlage mit steigender Temperaturdifferenz Sole/Heizwasser sinkt. Umgekehrt spart eine zu groß dimensionierte Sonde später Strom, weil solche Sonden im Betrieb weniger stark auskühlen. Als grober Richtwert gilt: 20 Bohrmeter pro kW benötigter Heizleistung.

Aber Vorsicht: Die Branche rechnet gerne mit 20 Bohrmeter pro kW benötigter Entzugsleistung.
Das sind dann in der Regel  nur 75 % der Bohrmeter und der Kosten. Die Zahlen im Angebot sehen dann zwar schöner aus,  aber statistische Erhebungen (z. B. Wirtschaftministerium Baden-Württemberg) zeigen, dass solche Mager-Sonden nicht die Energieeinsparungen erbringen, die mit einer ausreichend dimensionierten Sondenanlage möglich wären. Nicht selten kommt es sogar vor, dass eine professionell gebaute Luftwärmepumpe weniger Strom braucht als eine Wärmepumpe an einer zu klein  bemessenen Erdwärmesonde!

 

FRAGE: Sollte man sich die Erdwärmesonde sparen und eine sogenannte Luft-Wasser-Wärmepumpe benutzen?

ANTWORT: Da kann man lange drüber diskutieren. Der entscheidenden Punkt ist, dass genau dann, wenn Sie besonders viel Energie brauchen, die Luft am kältesten ist. Und genau dann hat die Luft-Wasser-Wärmepumpe einen besonders schlechten Wirkungsgrad (große Temperaturdifferenz zwischen der weiter abzukühlenden Luft und dem Heizwasser). Wenn aber alles andere nicht möglich ist, dann ist die Luft-Wasser-Wärmepumpe durchaus eine Alternative. Kalkulieren Sie in diesem Fall etwa 2/3 mehr Stromkosten ein gegenüber der Lösung mit einer Erdwärmesonde. Dafür aber sparen Sie die Kosten für die Sonde. Mein Tipp: Schauen Sie sich mal den so genannten Splitverdampfer “Millenium”  in Kombination mit der zugehörigen Golf-plus-Wärepumpe von OCHSNER an. Mit dieser Form der Luft-Wasser-Wärmepumpe kommen Sie schon sehr nahe an die Effizienz von Sonden-basierten Systemen. Nicht selten kommt es sogar vor, dass eine professionell gebaute Luftwärmepumpe weniger Strom braucht als eine Wärmepumpe an einer zu klein  bemessenen Erdwärmesonde!

 

FRAGE: Kann man auch einen Flachkollektor verwenden?

ANTWORT: Ja! Das ist besser als eine Luft-Wasser-Wärmepumpe, aber nicht ganz so gut wie die Lösung mit einer tiefen Erdwärmesonde. Ausnahme: Sie verwenden einen direkt verdampfenden Flachkollektor. Aber: Diese Lösung kommt üblicherweise nicht in Betracht, wenn Sie dafür Ihren Garten ruinieren müssten. Gerade die Wiederherstellung von Wegen ist ein enormer Kostenfaktor. Lediglich bei Neubauten oder großen Grundstücken würde ich Flachkollektoren empfehlen und zwar natürlich bevor der Garten angelegt wird. Und es muss auch klar sein, wo der Aushub während der Verlegung des Flachkollektors  gelagert werden kann.

 

FRAGE: Kann sich das Kältemittel in der Wärmepumpe abnutzen?

ANTWORT: Nein! Ähnlich wie bei Wasser, was “verschleißfrei” seit Milliarden von Jahren seinen Zustand zwischen flüssig (Wasser) und gasförmig (Wasserdampf) wechselt, gibt es auch beim Kältemittel in Wärmepumpen keine Abnutzung durch den Betrieb.

 

FRAGE: Wozu benötige ich einen Pufferspeicher?

ANTWORT:  Der Pufferspeicher ermöglicht eine komfortablere Heizungsregulierung mit scheller Reaktion auf Temperaturänderungen in einzelnen Räumen. Diese Einzelraumregelung ist Stand der Technik und wird u.a. in der Energieeinsparverordnung EnEV gefordert. Gerade bei Radiatorheizungen gewährleistet der Pufferspeicher auch, dass die Wärmepumpe nicht ständig ein- und ausschaltet. Hierzu gibt es beispielsweise Vorschriften in den technischen Anschlussbedingungen (TAB) des Stromversorgers. Des weiteren können Pufferspeicher eingesetzt werden für die Warmwasser-Versorgung, zur Abdeckung von Lastspitzen, zur Überbrückung von Sperrzeiten (s. Rubrik “Stromtarife”), zum Ausnutzen von preisgünstigen Schwachlasttarifen (“Nachtstrom”-Zeiten) oder zur Zusammenschaltung mehrere alternativer Wärmeerzeuger wie z. B. Solarkollektoren oder Holzöfen mit Wassertasche.

 

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