Wärmequellen und Systeme
Direktsystem Luft
Die Luftwärmepumpe benützt die immer zur Verfügung stehende Außenluft als Energieträger. Sie funktioniert sehr effizient bis zu einer Temperatur von ca. -15°C. Eine im Boiler montierte Elektro-Zusatzheizung unterstützt oft den Heizbetrieb bei tiefen Temperaturen.
Der Luft wird Wärme entzogen und über die Wärmepumpe angehoben. Luft-Wärmepumpen eignen sich auch für den nachträglichen Einbau oder Umbau Ihrer Heizung. Der Energiesammler (Verdampfer) wird aussen montiert und die Heizleistung der Hausversorgung zugeführt. Die Luftwärmepumpe ist aufgrund ihrer Einfachheit leicht zu installieren, und somit eine sehr preisgünstige und genehmigungsfreie Lösung. An sehr kalten Tagen ist die Luft im Vergleich zu anderen Energiequellen wie etwa dem wärmeren Erdreich ungünstiger, an wärmeren aber im Vorteil. Deshalb sind Luft-Wärmepumpen vor allem in gemäßigten klimatischen Zonen eine Alternative. Die erreichbaren Jahresarbeitszahlen schwanken je nach klimatischer Lage sehr stark, in milden Gegenden können sie auf dem Niveau von Sole-Erdsonden liegen.
Direktsystem Grundwasser
Die Temperatur des Grundwassers ist über das Jahr gesehen relativ gleichmäßig mit +8 bis +12° gegeben. Bei ausreichendem Vorkommen wird eine Brunnenbohrung vorgenommen. Eine Tauchpumpe entnimmt bei Heizanforderung das Grundwasser, die Wärmeenergie wird an den Heizkreislauf abgegeben. Das abgekühlte Wasser wird in einem Sickerschacht oder Sickerbrunnen in vorgeschriebener Entfernung von der Entnahmestelle wieder abgeleitet. Der Brunnen muss sorgfältig gebaut werden um eine Verschlammung oder Verockerung zu vermeiden. Die Wasserentnahme sollte tiefer als 6 m erfolgen um den jahreszeitlichen Temperatureinfluss durch Sickerwasser auszuschalten. Die Leistung der Brunnenpumpe geht dem System aber verloren.
Die erzielbare Energiemenge ist bei der Grundwassernutzung vergleichsweise hoch, sodass Wärmepumpen in dieser Variante wirtschaftlich vorteilhafte Alternativen zu Öl- oder Gasheizung im Altbau dastellen. Bei hohen Vorlauftemperaturen, die beim Erhalt bestehender Heizungssystem oft benötigt werden, wie auch bei Neuausstattung mit Fußbodenheizung ist dies eine gute Lösung. Eine Brunnenbohrung ist immer genehmigungspflichtig, kann aber mit einem entsprechenden Brunnenbohrgerät einfach vorgenommen werden.
Direktsystem Erdreich - Kollektor
Ist etwas mehr unbebaute Grundfläche wie beheizte Wohnfläche vorhanden und das Erdreich von geeigneter Beschaffenheit, so können spezielle Hart-PVC-ummantelte Kupferrohre im Erdreich in 0,8 bis 1,5 m Tiefe verlegt werden. Im Direktverdampfungsverfahren zirkuliert das Kältemittel der Anlage selbst im Erdreich und nimmt dessen Energie auf. Da Kältemittel dies sehr effektiv kann wird für den Kollektor nur etwas mehr Fläche im Garten wie die zu beheizende Fläche im Gebäude benötigt. Die Entzugsleistung von etwa 35 W/qm entspricht dem Wärmebedarf pro qm eines Niedrigenergiehauses. Die damit gewonnene Wärme wird durch die Wärmepumpe an die Heizkreise abgegeben. Das abgekühlte Kältemittel beginnt seinen Kreislauf erneut. Dieser wirkungsvolle Energiekollektor liefert das ganze Jahr die benötigte Wärme und ist besonders wirtschaftlich und betriebssicher da dieser Zyklus kein Hilfsaggregat wie etwa eine Solepumpe benötigt. Entscheidend ist die diffusionsoffenheit des Bodens, Regenwasser muss an den Kollektor gelangen können. Er darf deshalb nicht überbaut werden, bei schweren Böden muss er angepasst werden. Dieses System ist genehmigungsfrei, muss aber von einem Kälte-Fachbetrieb in Betrieb genommen werden.
Informationen der Initiative Pro-DX zur Direktverdampfung
Erdsonden-Indirektsystem Sole
Das Erdreich kann als Wärmequelle auch genutzt werden, wenn wenig Fläche oder kein Grundwasser zur Verfügung steht. Auf dem Grundstück wird eine Tiefenbohrung bis 100 Metern und ca. 15 cm Durchmesser vorgenommen. In diese wird die Sonde eingebracht, durch die in geschlossenem Kreislauf die Sole zirkuliert. Die Sole nimmt die Temperatur des Erdreichs auf. Die damit indirekt über die Sole gewonnene Wärme wird durch die Wärmepumpe an die Heizkreise abgegeben. Die abgekühlte Sole fließt in den Kreislauf zurück. Das Erdreich selbst regeneriert sich durch Anpassung an umgebendes Gestein, dessen Temperatur in der Tiefe nach der geothermischen Tiefenstufe 3° C pro 100 m ansteigt.
Die mögliche Entzugsleistung wird mit 50 W/Bohrmeter angesetzt, bei günstiger Geologie kann sie auch bis 80 W/Bohrmeter betragen. Es werden auch Kollektoren mit Sole als Übertragungsmedium installiert, diese sind aber den Kollektoren der Direktverdampfung weit unterlegen.
Erdsonden-Indirektsystem CO2
Neuentwickelt zur Nutzung des Erdreich ist die selbstständig zirkulierende CO2-Erdsonde. Auf dem Grundstück wird eine Tiefenbohrung bis 100 Metern und ca. 15 cm Durchmesser vorgenommen. In diese wird die CO2-Sonde eingebracht, in der in geschlossenem Kreislauf CO2 zirkuliert. Das CO2 nimmt in der Tiefe die Temperatur des Erdreichs auf, verdampft und steigt dabei auf und gibt die Wärme oben an einen Kältemittel-Verdampfer wieder ab. Dabei kondensiert das CO2 wieder und rinnt in die Tiefe. Das im Kältemittel-Verdampfer arbeitende Kältemittel liefert die Wärme an die Wärmepumpe ab. Das Erdreich selbst regeneriert sich durch Anpassung an umgebendes Gestein, dessen Temperatur in der Tiefe nach der geothermischen Tiefenstufe 3° C pro 100 m ansteigt. Der Vorteil dieser Technik liegt einerseits in der höheren Energieausbeute gegenüber herkömmlichen Sonden, es wird keine Sole-Umwälzpumpe benötigt, der CO2-Prozess läuft selbstständig ab. Andererseits ist das System auch in Grundwasserschutzgebieten einsetzbar, da es überhaupt keine potenzielle Gefährdung darstellt.
Das Prinzip der heatpipe nutzen auch Sonden mit Propan oder Ammoniak als Füllung.
