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Wärmepumpen für einen optimierten ökologischen Fußabdruck

by Jessica Henry

Wärmepumpen, wie sie beispielsweise bei der Climatec Badisch e.U. eingesetzt werden, nutzen die Wärmeenergie, die im Erdreich, der Außenluft und im Grundwasser gespeichert ist und setzen diese ökonomisch für eine umweltschonende Warmwasseraufbereitung oder eine Gebäudeheizung ein. Derartige innovative Anlagen erzeugen demnach regenerative Umweltenergie. Grundsätzlich setzen sich die Systeme der Wärmepumpen aus einer Wärmequellanlage, einem System zur Wärmeverteilung bzw. Speicherung sowie der eigentlichen Wärmepumpe zusammen. Moderne Anlagen nehmen thermische Energie auf und transferieren diese in ein spezifisches Wärmeträgermedium. Das Medium wird verdampft und im Nachgang direkt verflüssigt, um Wärmeenergie herzustellen. Diese zeichnet sich durch ihre erhöhte Temperatur aus. Wärmepumpen können optional zum Heizen oder Kühlen verwendet werden.  Vorwiegend bedient sich die Pumpe der Wärmeenergie aus dem Erdreich. Seltener zieht die Anlage Wärme aus dem Grundwasser. Zusätzlich existieren auf dem Markt Systeme, die zur Energieumwandlung Wärme aus der Raum- oder Außen- Luft brauchen. Im direkten Erdreich unter einem Gebäude beträgt die Durchschnittstemperatur ganzjährig 10 °C. Ähnliche Temperaturen erreicht das Grundwasser unmittelbar unter der Erdoberfläche. Findet eine innovativ konzipierte Wärmepumpe Verwendung als passive Klimaanlage mit einem geringen ökologischen Fußabdruck, wird die entsprechend gemäßigt Wärmeenergie zum energieeffizienten Kühlen von Räumen eingesetzt. Die Kühlung erfolgt daher direkt mit der tatsächlichen Wärme im Erdreich. Primäres Ziel einer Wärmepumpe ist demgegenüber aufgenommene bzw. gebundene Wärmeenergie auf ein gesteigertes Temperaturniveau zu befördern.  Essentiell hierfür ist das Anzapfen unterschiedlichster Wärmequellen. Im Rahme der Umwandlung von Erdwärme sind für diese Transformation der Einsatz von vertikalen Erdwärmesonden bzw. horizontal konstruierte Erdwärmekollektoren notwendig. Derartige Sonden benötigen relativ wenig Raum und lassen sich komfortabel auf dem eigenen Grundstück installieren. Allerdings muss für eine optimale Installation eine Tiefe Bohrung ins Erdreich durchgeführt werden. Bei einem Einfamilienhaus muss demnach mindestens 100 m in die Erde gebohrt werden. In das entstehende Bohrloch ist die Wärmequellenanlage einzulassen. Diese gleicht einem spezifisch konzipierten Kunststoffrohr in U- Form. Dieses sensible Rohrsystem führt vorwiegend eine Emulsion aus Wasser und Frostschutzmittel. Dieses dient zur Bindung von Umweltwärme und überführt diese zur Wärmepumpe.  Alternativ können zur Installation der Systeme Erdwärmekollektoren gebraucht werden. Für die Installation dieser Anlagen werden die wärmeleitenden Kunststoffrohre in schlauchförmiger Anordnung in das obere Erdreich verlegt. Die Elemente werden in waagerechter Ausrichtung in rund 1,5 m Tiefe platziert. Um eine bestmögliche Wärmeaufnahme des oberflächennahen Systems sicherzustellen, muss das System eine relativ große, unterirdische Fläche einnehmen. Als Faustformel für die Errechnung des jeweiligen Platzbedarfs des Rohrsystems empfiehlt sich die zu beheizende Fläche mit dem Faktor 1,5 zu multiplizieren. Mit Hilfe dieses Rechnungsmodells lässt sich unkompliziert der mutmaßliche Platzbedarf der Anlage ableiten, der maßgeblich die nachhaltige Funktionalität der Wärmepumpe sicherstellt. Ein Einbau von Erdwärmekollektoren ist im Vergleich zur Installation von Sonden kostengünstiger und bedarf einer unbürokratischeren Abwickelung. Eine behördliche Genehmigung ist anders als bei der Fixierung einer Sonde nicht notwendig.  Um die Pumpe mit thermischer Energie zu speisen, die im Grundwasser gebunden ist, sind aufwändige Maßnahmen erforderlich. Deshalb amortisieren sich derartige Systeme in erster Linie bei größeren Bauprojekten. Zu diesem Zweck sind zwei Brunnen anzulegen. Während einer das Grundwasser ansaugt und an die Oberfläche pumpt, agiert der andere Brunnen zur Rückführung des abgekühlten Grundwassers.

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