Erdwärmepumpen – Teil 1

Geothermische Wärmepumpen (GHPs), manchmal auch als GeoExchange, erdgekoppelte, erdgekoppelte oder wasserbasierte Wärmepumpen bezeichnet, werden seit den späten 1940er Jahren eingesetzt. Als Austauschmedium nutzen sie statt der Außenlufttemperatur die relativ konstante Temperatur der Erde.

Obwohl es in vielen Teilen des Landes saisonale Temperaturextreme gibt – von sengender Hitze im Sommer bis zu Minusgraden im Winter – bleibt die Bodentemperatur wenige Meter unter der Erdoberfläche relativ konstant. Je nach Breitengrad liegen die Bodentemperaturen zwischen 7 °C und 21 °C. Wie in einer Höhle ist diese Bodentemperatur im Winter wärmer als die Luft darüber und im Sommer kühler als die Luft. Das GHP nutzt diese günstigeren Temperaturen, um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, indem es über einen Erdwärmetauscher Wärme mit der Erde austauscht.

Erdwärme- und Wasserwärmepumpen sind wie jede Wärmepumpe in der Lage, das Haus zu heizen, zu kühlen und bei entsprechender Ausstattung mit Warmwasser zu versorgen. Einige Modelle geothermischer Systeme sind für mehr Komfort und Energieeinsparungen mit zweistufigen Kompressoren und variablen Ventilatoren erhältlich. Im Vergleich zu Luftwärmepumpen sind sie leiser, langlebiger, wartungsarm und unabhängig von der Temperatur der Außenluft.

Eine Dual-Source-Wärmepumpe kombiniert eine Luftwärmepumpe mit einer Erdwärmepumpe. Diese Geräte vereinen das Beste aus beiden Systemen. Dual-Source-Wärmepumpen haben höhere Wirkungsgrade als Luftwärmepumpen, sind jedoch nicht so effizient wie Geothermie-Wärmepumpen. Der Hauptvorteil von Dual-Source-Systemen besteht darin, dass ihre Installation wesentlich kostengünstiger ist als die Installation einer einzelnen Geothermieanlage und dass sie fast genauso gut funktionieren.

Auch wenn der Installationspreis einer Geothermieanlage um ein Vielfaches höher sein kann als der eines Luft-Systems mit der gleichen Heiz- und Kühlleistung, können sich die zusätzlichen Kosten je nach Energiekosten und Energiekosten in 5 bis 10 Jahren in Energieeinsparungen amortisieren verfügbare Anreize in Ihrer Nähe. Die Systemlebensdauer wird für die Innenkomponenten auf bis zu 24 Jahre und für die Erdungsschleife auf über 50 Jahre geschätzt. In den Vereinigten Staaten werden jedes Jahr etwa 50.000 Erdwärmepumpen installiert.

Arten von Erdwärmepumpensystemen

Es gibt vier Grundtypen von Erdschleifensystemen. Drei davon – horizontal, vertikal und Teich/See – sind Systeme mit geschlossenem Kreislauf. Der vierte Systemtyp ist die Open-Loop-Option. Mehrere Faktoren wie Klima, Bodenbedingungen, verfügbares Land und örtliche Installationskosten bestimmen, welches für den Standort am besten geeignet ist. Alle diese Ansätze können für Wohn- und Gewerbebauanwendungen genutzt werden.

Closed-Loop-Systeme

Die meisten geothermischen Wärmepumpen mit geschlossenem Kreislauf zirkulieren eine Frostschutzlösung durch einen geschlossenen Kreislauf – meist aus hochdichten Kunststoffrohren – der im Boden vergraben oder in Wasser getaucht ist. Ein Wärmetauscher überträgt Wärme zwischen dem Kältemittel in der Wärmepumpe und der Frostschutzlösung im geschlossenen Kreislauf.

Eine Art von geschlossenem Kreislaufsystem, genannt Direktaustausch, verwendet keinen Wärmetauscher und pumpt stattdessen das Kältemittel durch Kupferrohre, die in horizontaler oder vertikaler Konfiguration im Boden vergraben sind. Direktaustauschsysteme erfordern einen größeren Kompressor und funktionieren am besten in feuchten Böden (manchmal ist eine zusätzliche Bewässerung erforderlich, um den Boden feucht zu halten). Sie sollten jedoch die Installation in Böden vermeiden, die die Kupferrohre angreifen. Da diese Systeme das Kältemittel durch den Boden zirkulieren lassen, können örtliche Umweltvorschriften ihre Verwendung an manchen Standorten verbieten.

Horizontal

Diese Art der Installation ist im Allgemeinen für Wohnanlagen am kostengünstigsten, insbesondere für Neubauten, bei denen ausreichend Grundstücke zur Verfügung stehen. Dafür sind mindestens 1,20 Meter tiefe Gräben erforderlich. Bei den gebräuchlichsten Anordnungen werden entweder zwei Rohre verwendet, von denen eines in einer Tiefe von sechs Fuß und das andere in einer Tiefe von vier Fuß vergraben ist, oder es werden zwei Rohre nebeneinander in einer Tiefe von fünf Fuß in einem zwei Fuß breiten Graben verlegt. Die Slinky™-Methode zum Schleifen von Rohren ermöglicht mehr Rohre in einem kürzeren Graben, was die Installationskosten senkt und eine horizontale Installation in Bereichen ermöglicht, die bei herkömmlichen horizontalen Anwendungen nicht möglich wären.

Anmerkung:

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