Erdwärme

Erdreich ist ein sehr guter Wärmespeicher. Die Temperatur ist das ganze Jahr über relativ konstant bei etwa 8 bis 12 °C. Bereits 10 m unter der Erde ist das ganze Jahr über eine annähernd konstante Temperatur verfügbar. Pro 100 m zusätzlicher Tiefe ist das Erdreich um 3 K wärmer (Kunz et al. 2008, S. 25).

Diese Wärmequelle kann mit drei verschiedenen Möglichkeiten genutzt werden:

• Flachkollektoren
• Erdwärmesonden
• Energiepfähle

Flachkollektoren

Bei Flachkollektoren wird dem Erdreich in geringer Tiefe ein sehr kleiner Teil der im Laufe des Jahres aufgenommenen Wärme entzogen. Diese Wärme stammt von Sonneneinstrahlung und Regen (Kunz et al. 2008, S. 26f.).

Rohre oder Matten werden mit Sole durchflossen. Sie sind ca. 20 cm unter der Frostgrenze (1,2 bis 1,5 m unter der Terrainoberfläche; Kunz et al. 2008, S. 26) horizontal in Rohrschlangen verlegt. Für Flachkollektoren sind feuchte Lehmböden ideal. Schlechter eignen sich trockene Schotterschichten. Beim Neubau kann der Erdkollektor schon bei den erforderlichen Erdarbeiten verlegt werden.

Der Platzbedarf eines Erdwärmekollektors ist circa 1,5- bis 3-mal so groß wie die beheizte Wohnfläche. Die Größe steht mit der Heizlast des Gebäudes in Zusammenhang. Bei einer Dimensionierung gemäß dem Stand der Technik sind Einflüsse auf die Vegetation und die Bodenlebewesen nicht zu befürchen (Studer et al. 2006).

Flachkollektoren unterliegen in Österreich grundsätzlich keiner wasserrechtlichen Bewilligungspflicht, es sei denn, sie werden in Wasserschutz- oder Schongebieten sowie in geschlossenen Siedlungsgebieten ohne zentrale Trinkwasserversorgung errichtet.

Es gibt zwei verschiedene Systemarten von Flachkollektoren:

• Solesystem: Eine Umwälzpumpe pumpt die Sole (Mischung aus Wasser und Alkohol oder Glykol als Frostschutzmittel) durch die Kunststoffleitungen. Dabei nimmt die Sole die im Untergrund gespeicherte Wärme auf und transportiert sie zum Verdampfer der Wärmepumpe. Es handelt sich somit um ein indirektes System, da ein eigenes Wärmeträgermedium für den Transport der Wärme von der Wärmequelle zum Verdampfer verwendet wird. Das Solegemisch verhindert das Zufrieren der Kollektoren, da es einen Schutz bis meist –15 °C bietet.
• Direktverdampfungssystem: In Direktverdampfungssystemen zirkuliert das Kältemittel der Wärmepumpe als Wärmeträger im Kollektor, wo es verdampft. Es ist (im Gegensatz zum Solesystem) kein Wärmeübertrager und keine Soleumwälzpumpe nötig, wodurch höhere Jahresarbeitszahlen erreicht werden. Der Kollektor wird bei Direktverdampfungssystemen auch als Verdampferkreis bezeichnet.

Erdwärmesonden

Erdwärmesonden sind für gewöhnlich indirekte Systeme, d. h. U-förmige, mit Sole gefüllte Kunststoffleitungen, die in eine Tiefenbohrung abgesenkt werden. Erdwärmesonden werden senkrecht (30 bis 350 m tief) ins Erdreich eingelassen (Kunz et al. 2008, S. 25).

„Erdwärmepumpen können in Gebieten mit einer bestimmten Wärmeleitfähigkeit des Bodens eingesetzt werden. Hier wird eine thermische Bodenleitfähigkeit von mehr als 2,05 W/(m K) empfohlen“ (Nageler, P. J. & al, 2020).

Während des Betriebs transportiert die umlaufende Sole Wärme aus dem Erdreich in den Verdampfer der Wärmepumpe. Bei diesem Prozess wird kein Grundwasser entzogen.

Mit Tiefensonden wird eine konstant hohe Temperatur der Wärmequelle erreicht. Dafür wird eine geringe Grundfläche benötigt, was die Tiefensonden besonders für schwierige Gelände und kleine Bauplätze attraktiv macht. Von Vorteil ist außerdem, dass ein kurzer Arbeitsaufwand und eine lange Lebensdauer zu erwarten sind.

Das Vorhaben, Tiefensonden zu installieren, ist in ganz Österreich bei der Behörde anzuzeigen.

Energiepfähle

Das Prinzip von Energiepfählen ist dem von Erdwärmesonden ähnlich. Manche Gebäude (häufig große Bürogebäude) benötigen aus statischen Gründen Gründungspfähle. In solche Gründungspfähle aus Beton wird während der Errichtung ein Wärmetauscher (meist soledurchflossene Kunststoffrohre) eingelassen. Dieser Wärmetauscher entzieht dem Beton und damit dem umgebenden Erdreich Wärme, die zu Heizzwecken genutzt wird.