Nutzung der Erdwärme - Geothermie

Besonders bietet sich die Geothermie zur Einbindung in das Passivhauskonzept an. Sie ist die unter der festen Oberfläche der Erde gespeicherte Wärmeenergie („Erdwärme“). Bis ca. 400m Tiefe spricht man von „Oberflächennahe Geothermie“ und ab einer Tiefe von ca. 400m Tiefe von „Tiefen Geothermie“. In ca. 1,5 m bis 2m Tiefe besteht bereits eine nahezu konstante Temperatur von +7°C über das gesamte Jahr und unabhängig von jeglichen Witterungseinflüssen zur Verfügung. Zur Nutzung der Erdwärme zum Heizen und Kühlen werden Erdsonden, Erdpfähle, Flächenkollektoren und Luft-Erdwärmetauscher eingesetzt. In Bezug auf die häufigsten Einsatzbereiche dient die Wärmepumpe zur Temperaturanhebung, zum direkt Kühlen, für Kältemaschinen als Temperaturabsenkung und für die Eisfreihaltung von Freiflächen oder Brücken.

Die Erdwärme ist für den Einsatz der Wärmepumpentechnik eine einheimische umweltfreundliche Energiequelle. Es ist eine „kostenlose“ Wärme und Kälte aus dem Erdreich. Sie hat sehr geringe Wartungskosten, es ist sowohl Heizen als auch Kühlen in einem Gerät möglich, es besteht keine direkte Abhängigkeit von Öl- und Gaspreisen und es sind bei Kleinanlagen keine Investitionen für Gas-Hausanschlüsse oder Heizöllager nötig.

Eine praktische Lösung ist der Einsatz eines

Ziel ist es in Verbindung mit dem Luft - Erdwärmetauscher - System eine kontrollierte Wohnraumlüftung zu erzielen.

In der normalen Umgebungsluft im Gebäude treten vielfältige Belastungen in Form von schlechten Gerüchen, zu hoher oder zu niedriger Luftfeuchte, einer Radonstrahlung usw. auf. Bei der konventionellen Fensterlüftung kristallisieren sich vielerlei Nachteile heraus. Das sind z.B. steigt die Luftfeuchte nach der Lüftung wieder stark an., es entstehen CO2 – Konzentrationsspitzen und die Fensterlüftung bleibt eine Zufallslüftung. Deshalb ist unter Beachtung des Schallschutzes und der Lufthygiene, Einsatz von Zuluftfiltern mindestens F7 bzw. F8, eine kontrollierte Lüftung mit 20 - 30 m³ / (Person h) erforderlich.

Durch einen Luft – Erdwärmetauscher lassen sich ca. 20% Heizenergie bzw. 80% Energie im Kühlfall einsparen.

Für den Winterbetrieb erfolgt die Auslegung auf Frostfreiheit, +2°C, am Wärmerückge-winnungsgerät (WRG), wobei von einer Außentemperatur von –15°C und einer Erdtem-peratur von 7°C, bei der Verlegetiefe von 1,5 bis 2 m, ausgegangen wird. Man erreicht eine Luftvorwärmung im Erdwärmetauscher um ca. 17 °C.

Im Sommerfall, bei einer Außentemperatur von 30°C und einer Erdtemperatur von 12°C, erreicht man eine angenehme Kühlwirkung im Gebäude. Es wird eine Abkühlung der Luft um 14°C auf ca. 16°C im Erdwärmetauscher erzielt. Über das Jahr gesehen liegt der Arbeitsbereich ständig zwischen ca. 2°C und 16°C, dem sogenannten „eingeschnürten Temperaturprofil“.

Zu berücksichtigen ist das entstehende Kondensat, was je nach Anfallmenge abgeleitet werden muß. Es kann sowohl über einen Sammelschacht als auch über eine Ableitung im Haus erfolgen. Überschlägig entstehen bei einem Luftvolumen von ca. 150 m³/h eine Kondensatmenge von ca. 0,4 l/h, unterschiedlich je nach den Temperaturverhältnissen im Jahr.

Der Erdwärmetauscher ist ein Radon dichtes System und ist auch vor dem Eindringen von Grundwasser und Bodenluft geschützt. Er besteht aus einem ca. 40 m langen Spezialrohr aus PP-B, Durchmesser 200mm, mit allen zum Komplettsystem gehörenden Form- und Verbindungsstücken. Das Rohr hat eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit von der außen umgebenden Erde an die innen strömende Luft, hat eine hohe Schlagzähigkeit, ist sicher gegen eindringendes Grundwasser, Radon, Wurzeleinwuchs und Bodenluft, hat eine glatte Rohrinnenoberfläche zur Verbesserung der Luftqualität und hat eine hohe Längssteifigkeit. Eine Druckprobe muß nach EN 1610 mit Luft oder Wasser erfolgen.

Bei der Verlegung ist auf die Verlegetiefe, 1,5 –2 m, auf das Gefälle von ca. 2% zur Kondensatsammelstelle, auf die Verlegung nur in der Erde, nicht einsanden, und auf min-destens ein Meter Abstand vom Gebäude und zu anderen Rohren, zu achten.

Mit dem Erdwärmetauscher wurde eine gute technische Lösung zu kostenfreien Energie-nutzung der Erdwärme entwickelt mit hoher Energieeffizienz.

(Quelle: Rehau – Luft - Erdwärmetauscher 2006)

und einer ca. 40m langen, in der bestehenden Baugrube, in mindestens 1m Abstand und ca. 1,5m Tiefe, um das Haus verlegte Kunststoffspezialrohrleitung mit 200mm Durchmesser und einem ca. 1 m aus der Erde herausragenden Luftansaugstutzen. Für eine Kontrollierte Lüftung in Verbindung mit dem L-EWT sind einige Grundlagen, wie die vielfältigen Belastungen – schlechte Gerüche, Luftfeuchte zu hoch oder zu niedrig, die Radonstrahlung aus dem Erdreich, eine kontrollierte Lüftung mit 20 – 30 m³/ (Person u. h), der Schallschutz und die Lufthygiene als wichtigstes Ziel (Filter mindestens F7 oder F8) zu beachten.

Eine bisher konventionelle Fensterlüftung hat viele Nachteile in Bezug auf die Luftfeuchtigkeit, die nach der Lüftung wieder stark an steigt und die CO2 – Konzentrationsspitzen. Die bisher gewohnte konventionelle Fensterlüftung = Zufallslüftung!

Durch Luft – Erdwärmetauscher ca. 20% Heizenergie bzw. ca. 80% Energie im Kühlfall einzusparen. Für den Winterbetrieb sind folgende Auslegungskriterien, wie die Auslegung des L-EWT auf Frostfreiheit am Wärmerückgewinnungsgerät (WRG), es ist ein Hauptkriterium bei Einfamilienhäusern, eine Defrosterheizung am WRG wird nicht benötigt, es erfolgt für den Winter (-15°C): - Vorwärmung um 17 K Einsparung von Heizenergie und  durch den L-EWT ist die Einsparung an Energiekosten von Bedeutung. Im Sommerbetrieb erfolgt die Auslegung, um eine angenehme Kühlung im Gebäude durch „Erdkälte“ zu erzielen, einen Ersatz, je nach Anforderung, von konventioneller Kälteer-zeugung (z.B. Klimaanlage), durchzusetzen, für den Sommer (+30°C): - eine Abkühlung um 14 K > Einsparung von Kühlenergie – zu ermöglichen und einen primären Nutzen bei großvolumigen Gebäuden zu erzielen.

Die kontrollierte Lüftung erfolgt im Winter- und Sommerbetrieb durch die sogenannte „Einschnürung“ des jährlichen Temperaturprofils durch die Nutzung von Erdwärme.

Zu beachten ist der Kondensatanfall, der definiert abgeleitet werden muß. Seine Ableitung erfolgt über einen Kondensatsammelschacht (erdverlegt) oder über eine Kondensatableitung im Haus. Folgendes Beispiel dient zur Abschätzung des Kondensatanfalls: Luftvolumenstrom 150m³/h; Luftparameter vor L-EWT: 35°C / 45% Luftfeuchte; Luftparameter nach L-EWT: 17°C / 100% Luftfeuchte; Temperaturabfall 18 K; das ergibt nach dem Mollier - Diagramm 0,4l/h, bei Einsatz von Kunststoffrohr „Awadukt-Thermo“ (PP-B), welches sehr gute Wärmeleitfähigkeit bei hoher Schlagzähigkeit bietet.Durch die spezielle Werkstoffeinstellung erzielt man eine deutliche Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit. Dadurch besteht ein optimaler Wärmeübergang vom Erdreich durch das Rohr in die vorbeiströmende Luft.

Glatte Rohrinnenfläche dienen zur Verbesserung der Luftqualität. Die Rohre haben eine hohe Längssteifigkeit, eine Radondichtheit, einen optimalen Wärmeübergang sie sind absolut dicht gegen Angriffe von außen (Wurzeleinwuchs, Feuchtigkeit, Grundwasser) und es ist ein Komplettprogramm mit Ansaugelement, Formteile, Revisionsschächte und dem Kondensatablauf.

(Quelle: Rehau – Geothermie 2006)