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Wärmepumpen, Erdwärmepumpen

Erdwärmepumpe mit Flachkollektor

Die Erdwärmepumpe mit Flachkollektor arbeitet auf Basis der Sole-Wasser-Technologie. Dabei werden Sole-Wasser-Wärmepumpen in grundlegend zwei Varianten unterschieden:

  1. Erdwärmepumpe mit Erdsonde
  2. Erdwärmepumpe mit Flachkollektor

Aufbau und Funktion der Erdwärmepumpe mit Flachkollektor

Generell wird Erdwärme tief im Erdreich gefördert, aber auch, wenn nicht so tief gegraben werden soll, kann man eine Erdwärmepumpe nutzen – in diesem Fall mit Flachkollektor. Entsprechende Sole-Wasser-Wärmepumpen überzeugen dadurch, dass die Flachkollektoren nur etwa 80 bis 120 Zentimeter unter der Erdoberfläche verlegt werden.

Die Flachkollektoren werden dabei horizontal verlegt. Die geringe Tiefe wird durch die große Fläche der Kollektoren wieder wettgemacht. Dabei gilt, dass ein Wirkungsgrad erzielt wird, der

  • höher ist als der Wirkungsgrad von Luft-Wasser-Wärmepumpen und nur

  • geringfügig geringer als der Wirkungsgrad von Wärmepumpen mit Erdsonde.

Die Funktionsweise ist ebenfalls sehr einfach und erfolgt nach einem klaren Prinzip:

  1. Sole (Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel) zirkuliert unterirdisch.

  2. Sole nimmt Bodenwärme auf.

  3. Bodenwärme wird über einen Wärmetauscher in die Wärmepumpe weiter geleitet.

  4. Wärmepumpe erhöht die Temperatur der ankommenden Wärme auf mechanische Weise noch einmal.

  5. Die so entstehende Wärme wird in den Wasserkreislauf der Heizung eingebracht.

Besonderheiten gibt es natürlich genauso bei diesen Erdwärmepumpen. So können Flachkollektoren mit Direktverdampfung gewählt werden. Sie sind besonders effizient aber auch einfach. Die verwendeten Rohre bestehen aus Kupfer. Statt Sole wird ein Kältemittel verwendet. Dieses verdampft beim Zusammentreffen mit der Bodenwärme sofort, so dass die Verdampfung nicht wie bei klassischen Kältemittel-Wärmepumpen erst in der Wärmepumpe erfolgt. Der heiße Dampf wird nun direkt an den Heizkreislauf abgegeben. Zusätzliche Wärmetauscher und Umwälzpumpen sind nicht notwendig.

Für wen eignet sich dieser Erdwärmetyp besonders gut?

Die Erdwärmepumpe mit Flachkollektor wird gerne auf Grundstücken eingesetzt, die keine ausreichend breite LKW-Zufahrt aufweisen. Denn für die Tiefenbohrung einer Erdsonde wird ein spezielles Gerät benötigt, das auf einem LKW fest installiert wird. Zudem sind Flachkollektoren wesentlich preisgünstiger als die Erdsonden. Dadurch wird auch die gesamte Erdwärmepumpe preiswerter.

Vorteile und Einsparmöglichkeiten

Die Erdwärmepumpe mit Flachkollektor bietet ihren Besitzern vielfältige Vorteile. Dazu zählen:

  • Geringe Betriebskosten

  • Hohe Wirkungsgrade

  • Zusatzheizungen nicht nötig

  • Möglichkeit zur Kombination mit Solarthermie

  • Wartungen nur extrem selten nötig

Die Einsparmöglichkeiten ergeben sich aufgrund der Leistungen und der Anschaffungskosten. Allerdings muss berücksichtigt werden, dass die Kollektor-Leistung stark abhängig von der Bodenbeschaffenheit ist. Hierbei gilt folgende Faustregel:

  • Trockene Böden – Leistung: 10 Watt / m²
  • Feuchte Böden – Leistung: 40 Watt / m²

Die Werte können natürlich variieren, gelten aber als grundlegende Richtwerte. Die Flachkollektoren müssen eine Fläche aufweisen, die mindestens der zu beheizenden Wohnfläche entspricht. Besser ist es noch, wenn der Flachkollektor die doppelte Wohnfläche ausmacht. Weitere Faktoren, die die Leistung der Flachkollektoren beeinflussen sind

  • Temperaturdifferenzen zur Heizung,
  • Typ der Kollektoren und vieles mehr.

Die durchschnittlichen Jahresarbeitszahlen liegen dabei bei einem Wert von bis zu 4. Entscheidend für einen wirtschaftlichen Aufbau der Erdwärmepumpe mit Flachkollektor ist zudem, dass diese richtig dimensioniert sind.

Dafür werden die Jahresstunden Wärmeentnahme benötigt. Auf diese muss die Anlage optimiert sein. Werden mehr als 1.800 Stunden entnommen, kann es dazu kommen, dass der die Erdwärmepumpe umgebende Boden im Winter vereist. Das geht oft mit einem deutlichen Abfall der Jahresarbeitszahl einher. Dies kann aber auch durch zu gering dimensionierte Anlagen erfolgen.

Folgende Beispielrechnung soll Aufschluss über die Einsparmöglichkeiten geben:

Wohnfläche zu beheizen: 150 m²

Spezifische Heizlast: 50 W / m² (Niedrigenergiehaus)

Spezifische Entzugsleistung: 0,025 kW/m (feuchter Lehmboden)

 

Heizleistung benötigt: 8 kW

Kollektorfläche benötigt: 240 m²

Kosten für die Flachkollektoren: ca. 300 Euro / kW Heizleistung

Gesamtkosten: 8 kW * 300 Euro = 2.400,00 €

Im Vergleich dazu würde die gleiche Erdwärmepumpe mit Erdsonde 600 bis 1.000 Euro pro kW Heizleistung kosten, also 4.800 bis 8.000 Euro und damit mehr als das Doppelte.

Herausforderungen für die Erdwärmepumpe mit Flachkollektor

Natürlich gibt es auch einige Nachteile, die die Erdwärmepumpe mit Flachkollektor mit sich bringt. Lange Zeit wurden hier hohe Anschaffungs- und Installationskosten als Nachteil genannt, im Vergleich zu Erdwärmepumpen mit Erdsonden ist diese Behauptung allerdings nicht haltbar.

Wichtig ist allerdings ein Bodengutachten, das zuvor erstellt werden muss, um die Erdwärmepumpe richtig zu dimensionieren und auszuführen. Außerdem ist die Leistungsfähigkeit noch von der Bodenqualität abhängig, wobei die Hersteller hier jedoch an zusätzlichen Lösungen arbeiten.

Einziger wirklicher Nachteil ist der große Platzbedarf, den die Erdwärmepumpe mit Flachkollektor benötigt. Hier sind große, unbebaute Grundstücke Voraussetzung. Dafür muss aber nicht zu tief gebohrt werden. Außerdem sind die Erdwärmepumpen bei der Gemeinde anzuzeigen. Ebenfalls muss ein Pflichtabstand zu Wasserleitungen eingehalten werden. Dies ist aufgrund der Frostgefahr durch den Wärmeentzug notwendig.