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 Wärmeaustausch 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 der Rohrschlaufenführung ermöglicht mehr Rohre in einem kürzeren Graben, was die Installationskosten senkt und eine horizontale Installation in Bereichen ermöglicht, die bei herkömmlichen Rohren nicht möglich wären horizontale Anwendungen.

Vertikal

Große Gewerbegebäude und Schulen nutzen häufig vertikale Systeme, da die für horizontale Schleifen erforderliche Landfläche unerschwinglich wäre. Vertikale Schleifen werden auch dort eingesetzt, wo der Boden für das Ausheben von Gräben zu flach ist, und sie minimieren die Beeinträchtigung der bestehenden Landschaftsgestaltung. Bei einem vertikalen System werden Löcher (ca. 10 cm Durchmesser) in einem Abstand von ca. 20 Fuß und einer Tiefe von 100 bis 400 Fuß gebohrt. Zur Verbesserung der Leistung werden zwei Rohre, die unten mit einem U-Bogen zu einer Schleife verbunden sind, in das Loch eingeführt und vergossen. Die vertikalen Schleifen werden mit horizontalen Rohren (dh Verteilern) verbunden, in Gräben verlegt und an die Wärmepumpe im Gebäude angeschlossen.

Teich/See

Wenn der Standort über ausreichend Wasser verfügt, kann dies die kostengünstigste Option sein. Eine Versorgungsleitung wird unter der Erde vom Gebäude zum Wasser verlegt und mindestens 2,4 m unter der Oberfläche in Kreisen aufgewickelt, um ein Einfrieren zu verhindern. Die Spulen sollten nur in einer Wasserquelle platziert werden, die den Mindestanforderungen an Volumen, Tiefe und Qualität entspricht.

Open-Loop-System

Diese Art von System nutzt Brunnen- oder Oberflächenwasser als Wärmeaustauschflüssigkeit, die direkt durch das GHP-System zirkuliert. Sobald das Wasser durch das System zirkuliert ist, gelangt es über den Brunnen, einen Nachfüllbrunnen oder eine Oberflächenentladung in den Boden zurück. Diese Option ist offensichtlich nur dann praktikabel, wenn eine ausreichende Versorgung mit relativ sauberem Wasser vorhanden ist und alle örtlichen Vorschriften und Vorschriften zur Grundwasserableitung eingehalten werden.

Hybridsysteme

Eine weitere Technologieoption sind Hybridsysteme, die mehrere verschiedene geothermische Ressourcen oder eine Kombination einer geothermischen Ressource mit Außenluft (z. B. einem Kühlturm) nutzen. Hybridansätze sind besonders effektiv, wenn der Kühlbedarf deutlich größer ist als der Heizbedarf. Wo es die Geologie vor Ort zulässt, ist der „Stehsäulenbrunnen“ eine weitere Option. Bei dieser Variante eines Open-Loop-Systems werden ein oder mehrere tiefe vertikale Bohrlöcher gebohrt. Wasser wird vom Boden einer stehenden Säule entnommen und nach oben zurückgeführt. Während Zeiten mit Spitzenerwärmung und -kühlung kann das System einen Teil des Rücklaufwassers ablassen, anstatt alles wieder einzuspritzen, was zu einem Wasserzufluss aus dem umgebenden Grundwasserleiter zur Säule führt. Der Entlüftungszyklus kühlt die Säule während der Wärmeabgabe, erwärmt sie während der Wärmeentnahme und verringert die erforderliche Bohrtiefe.