Aber zuerst: Wie funktioniert die Erdwärmepumpe und warum ist sie geeignet?
Die Erdwärmepumpe ist ein System zur Klimatisierung und Beheizung von Gebäuden, das den Wärmeaustausch mit dem Untergrund ausnutzt. In diesem Fall erfolgt der Austausch mit Hilfe einer Wärmepumpe.
Da die Wärme im Untergrund hauptsächlich aus dem Erdinneren stammt, wird die Niedertemperatur-Geothermie als erneuerbare Energiequelle eingestuft. Die Wärmepumpe ermöglicht den Austausch von Wärme zwischen einer kalten und einer heißen Quelle. In einem Heizsystem stellt das Gebäude den heißen Punkt dar. In einem Klimatisierungssystem ist das Gebäude die kalte Quelle, der die Wärme entzogen wird.
Wenn wir zum Beispiel die Schläuche an der Rückseite eines Kühlschranks berühren, können wir sehen, dass die Wärme aus dem Inneren des Geräts aufgenommen und an den Rest der Küche abgegeben wird. Die Wärmepumpe funktioniert auf ähnliche Weise, allerdings in umgekehrter Richtung. Sie ist in der Lage, die Wärme von außen aufzunehmen und sie nach innen abzugeben. Das ist so, als ob Sie versuchen würden, den Außenbereich zu kühlen.
Sowohl im Kühlschrank als auch in der Wärmepumpe gibt es Röhren, in denen eine Kältemittelflüssigkeit zirkuliert. Diese Flüssigkeit ist in der Lage, zu heizen, wenn sie komprimiert wird, und zu kühlen, wenn sie sich ausdehnt. Wenn wir das Haus heizen wollen, um es im Winter angenehm zu haben, zirkuliert die heiße, komprimierte Flüssigkeit durch den Wärmetauscher, der die Luft durch ein leitfähiges System erwärmt.
Was sind die Vorteile einer Erdwärmepumpe?
Zusätzlich zu den Energieeinsparungen und der Effizienz bei der Klimatisierung Ihres Hauses bietet der Einsatz dieser Technologie viele Vorteile.
Der Wirkungsgrad einer Luft-Wärmepumpe hängt von der Außentemperatur ab, die zu jeder Jahreszeit sehr unterschiedlich sein kann. Im Winter kann diese Wärmepumpe versuchen, einer sehr kalten Umgebung Wärme zu entziehen, und im Sommer kann sie versuchen, Wärme an eine bereits warme Umgebung abzugeben.
Erdwärmepumpen hingegen haben den Vorteil, dass sie Wärme mit dem Erdreich austauschen, einer Umgebung, deren Temperatur nicht nur zu jeder Jahreszeit, sondern das ganze Jahr über stabil ist. Die Umweltvorteile von Erdwärmepumpen liegen auf der Hand: Durch die Einsparung von Energie werden Ressourcen und die Umwelt geschont. Wärmepumpen heizen in der Regel effizienter als reine Elektroheizungen, selbst wenn sie der kalten Winterluft Wärme entziehen.
Dabei ist zu bedenken, dass das Pumpen der Flüssigkeit Strom erfordert. Die Erdwärmepumpe ist effizienter als andere Pumpen oder andere Heizungsalternativen. Sie müssen die Wärme nicht erzeugen, sondern entziehen sie dem Untergrund. Das macht sie sehr effizient. Sie können das Haus im Sommer auch kühlen. Diese Pumpen werden als reversible Wärmepumpen bezeichnet.
Vertikale und horizontale Erdwärmepumpe - Welche ist die beste?
Die beliebteste Art der Wärmegewinnung ist die vertikale Erdwärmepumpe. Sie wird in der Regel 100 Meter unter der Erdoberfläche installiert. Die Rohre werden um unterirdisch gegrabene Schlitze herum verlegt. Durch sie zirkuliert Wasser, dem ein Frostschutzmittel zugesetzt ist, das die Wärme zur Temperierung der Kühlflüssigkeit erhöhen kann.
Eine weitere Alternative ist die horizontale Erdwärmepumpe. In diesem Fall werden die Rohre mit Wasser gefüllt und etwa 1,5 m unter der Erde verlegt. Diese Systeme erfordern eine große Ausdehnung, um ausreichend Wärme für die Beheizung eines mittelgroßen Gebäudes zu erzeugen. Es wird etwa zwei- bis dreimal so viel Bodenfläche benötigt wie die zu beheizende Wohnfläche. Deshalb ist die vertikale Variante besser geeignet. In Deutschland müssen diese Anlagen bei der unteren Wasserbehörde angezeigt und ggf. genehmigt werden.
Phasen der Wärmeerzeugung mit einer Erdwärmepumpe
- Entzug von Wärme aus dem Erdreich mit Frostschutzmittel: Die in den erdverlegten Rohren zirkulierende Wärmeträgerflüssigkeit nimmt die Temperatur des Erdreichs auf, die zwischen 7 und 12 °C liegt. Die Erdwärmepumpe bringt diese Wärmeträgerflüssigkeit zum Verdampfer, in dem sich eine Kühlflüssigkeit befindet.
- Verdampfer für die Kühlflüssigkeit: Da die Flüssigkeit in den Aufnahmewellen wärmer ist als die Kühlflüssigkeit, findet ein Wärmeaustausch statt, bei dem sich die Kühlflüssigkeit erwärmt und verdampft. Die beiden Flüssigkeiten berühren sich nie, sondern tauschen aufgrund der Nähe der Rohre Wärme aus.
- Erhöhung des Flüssigkeitsdrucks: Das nun gasförmige Kältemittel durchläuft einen Verdichter, der, angetrieben durch elektrische Energie, den Druck des Kältemitteldampfes erhöht und damit seine Temperatur steigert.
- Wärmeübertragung im Verflüssiger: Bei dieser Temperatur tritt das gasförmige Fluid in den Verflüssiger ein, der auch die Rohrleitungen des Heizsystems passiert. Die Dampfleitung gibt die Wärme an die Wasserleitung ab, wodurch sich das Wasser erwärmt und das Haus mit Wärme versorgt. Wenn die Pumpe über einen Warmwasserspeicher verfügt, versorgt sie das Haus auch mit Warmwasser.
- Reduzierung von Druck und Temperatur der Kühlflüssigkeit: Nach der Erwärmung des Wassers kehrt das Kältemittel in seinen flüssigen Zustand zurück und durchläuft ein Expansionsventil, um seinen Druck und damit seine Temperatur zu verringern, damit es wieder in den Verdampfer gelangt und den Zyklus wiederholt.
Phasen der Kälteerzeugung mit Erdwärmepumpen
Neben der Wärmeerzeugung im Winter kann die Erdwärme auch in umgekehrter Richtung genutzt werden, d. h. im Sommer wird die Wärme aus dem Haus an das Erdreich abgegeben. Dieser Prozess wird als passive Kühlung bezeichnet und funktioniert wie folgt.
- Entzug von Kälte aus dem Erdreich mit Frostschutzmittel: Da im Sommer die Temperatur des Bodens in der Tiefe niedriger ist als die Umgebungstemperatur, kühlt sich die Wärmeträgerflüssigkeit ab, wenn sie die erdverlegten Auffangsonden erreicht, und gelangt in den Kondensator der Wärmepumpe.
- Wärmeübertragung im Verflüssiger: Der Verflüssiger enthält das Kältemittel in gasförmiger Form, bei hohem Druck und hoher Temperatur. Er gibt die Wärme an die Wärmeträgerflüssigkeit ab, die durch die Auffangsonden zirkuliert und gerade aus dem Boden kommt, wodurch sie kondensiert und abkühlt.
- Druck- und Temperaturabfall der Kühlflüssigkeit: Das kühlere Kältemittel gelangt in das Expansionsventil, wo sein Druck und damit auch seine Temperatur gesenkt wird.
- Kälteübertragung im Verdampfer: Das Kältemittel tritt in den Verdampfer ein, wo es die Wärme aus den Heizkreisen aufnimmt und die überschüssige Wärme aus diesen Anlagen abführt. Da das Fluid die Wärme aus der Anlage aufnimmt, steigt seine Temperatur und es verdampft.
- Temperaturanstieg der Flüssigkeit: Nachdem das Kältemittel die Anlage abgekühlt hat und infolgedessen verdampft ist, muss es den Verdichter durchlaufen. Dadurch steigen sein Druck und seine Temperatur, um zum Verflüssiger zurückzukehren und den Kreislauf erneut in Gang zu setzen, wobei die Kälte des Fluids von den Sammelfühlern aufgenommen wird.
Wie wählt man eine Erdwärmepumpe aus? Einige Tipps, die helfen können
Die Wahl der Erdwärmepumpe ist sehr wichtig, da die im Haus gewonnene Wärme-/Kältemenge und die Anzahl der verwendeten Sonden davon abhängen. Die Wahl der Erdwärmepumpe wird durch folgende Faktoren bestimmt:
- Größe des Hauses
- Wärmedämmung des Hauses
- Temperatur und Leitfähigkeit des Bodens
- Klimatologie des Gebiets
- Anzahl der Bewohner
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