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Aufbau und Prinzip einer Sole-Wasser-Wärmepumpe
Wusstest du, dass nicht nur die Sonne, sondern auch unser Planet ein enormer Energielieferant ist? Als Wärmequelle ist die Erde ebenso unerschöpflich wie unser Zentralgestirn. Und genau diese Wärme können wir mithilfe modernster Technologie für uns nutzen – zum Heizen oder auch für warmes Wasser. Und dafür musst du nicht einmal auf Island oder Hawaii leben. Mit einer Sole-Wasser-Wärmepumpe, ebenso bekannt als Erdwärmepumpe, funktioniert das auch hierzulande ganz einfach und ökologisch einwandfrei.
Einfach erklärt: So funktioniert eine Sole-Wasser-Wärmepumpe
Erdwärme wird allgemein als Geothermie bezeichnet. Hierbei geht es um die Energie – und somit die Temperatur –, die in den oberen Schichten der Erdkruste gespeichert ist. Anders als die Erdoberfläche, auf der wir jeden Tag gehen und stehen, bleibt die Temperatur in den unteren Teilen in der Erde relativ gleich. In einer Tiefe von etwa 20 Metern beträgt sie konstant 10 bis 12 Grad Celsius. Gräbt man bis zu 100 Meter ins Erdreich, steigt die dauerhafte Temperatur sogar auf 15 bis 17 Grad Celsius an.
Genau das macht sich eine Sole-Wasser-Wärmepumpe zunutze. Sie zieht die thermische Energie aus dem Erdreich und leitet sie mittels eines chemisch-mechanischen Verfahrens als Nutzwärme ins Haus. Dazu bedient sich die Erdwärmepumpe eines Kältemittels, das verdampft und durch einen sogenannten Verdichter komprimiert wird. Die dabei entstehende Wärme wird zur Heizung und zur Warmwasserbereitung geleitet.
Diese Art der Wärmegewinnung ist übrigens ganzjährig nutzbar, unabhängig davon, ob die obere Erdschicht vielleicht sogar gefroren ist. Und im Sommer lässt sich das System zur Kühlung der Räume nutzen.
Diese Arten von Wärmepumpen gibt es außerdem
Neben der Sole-Wasser-Wärmepumpe kann die Wärmepumpentechnologie noch mit weiteren Systemen aufwarten. Grundsätzlich arbeiten sie nach dem gleichen Prinzip, um Energie in Wärme umzuwandeln. Allerdings ist der Energieträger stets ein anderer:
- Luft-Wasser-Wärmepumpen verwenden die Umgebungsluft, um diese an das Kühlmittel weiterzuleiten, wo ihre Energie in Wärme für die Verbrauchsstellen wie Heizung oder Wasser umgewandelt wird.
- Wasser-Wasser-Wärmepumpen beziehen ihre Energie aus dem Grundwasser. Sie sind zwar äußerst effektiv, durch spezielle Bohrverfahren und Genehmigungen jedoch auch recht kostenintensiv.
- Luft-Luft-Wärmepumpen benötigen kein Kühlmittel zum Heizen. Sie nutzen die verbrauchte Luft in einem Gebäude, mischen sie mit Frischluft von außen und heizen die Raumluft über ein mechanisches Verfahren neu auf.
- Eisspeicher-Wärmepumpen erzeugen Wärme in einer speziellen Zisterne im Erdboden mit einem chemisch-mechanischen Verfahren aus Wasser. Dieses wird zu Eis gefroren, dann wieder aufgetaut, wobei Energie freigesetzt wird.
Die Sole-Wasser-Wärmepumpe im Detail
Du fragst dich jetzt vielleicht, wie es die Sole-Wasser-Wärmepumpe schafft, aus einer Bodentemperatur von 10 bis 17 Grad Celsius so viel Wärme zu gewinnen, dass es bei dir zu Hause auch im Winter schön warm ist.
Hier die Erklärung, wie das Prinzip aufgebaut ist und funktioniert:
Zunächst befindet sich die eigentliche Wärmepumpe oberhalb des Bodens, also zum Beispiel im Keller oder in einem anderen Raum für die Haustechnik. In ihr verbirgt sich der Verdichter, mit dem das gasförmig gewordene Kühlmittel komprimiert wird. Außerdem sorgen gleich 2 Wärmetauscher dafür, dass die Geothermie in Nutzwärme umgewandelt werden kann:
- Der Verdampfer bewirkt, dass das Kältemittel schon bei einem extrem niedrigen Siedepunkt von wenigen Grad Celsius verdampft.
- Der Verflüssiger ist ein Kondensator, der die Energie mit ihrem hohen Temperaturniveau an die Heizung abgibt, wodurch sich das Fluid, also das Kältemittel, wieder in eine Flüssigkeit zurückverwandelt.
Damit aber die Wärme überhaupt aus dem Erdreich gewonnen werden kann, muss die Wärmepumpe entweder an Erdkollektoren oder an Erdsonden angeschlossen sein:
- Erdkollektoren sind flache Erdwärmenutzungssysteme, in denen eine frostsichere Flüssigkeit, die sogenannte Sole, zirkuliert. Es gibt sie als Flächenkollektoren, Grabenkollektoren, Spiralkollektoren und als Erdwärmekörbe. Sie werden in einer Tiefe von 1 bis 2 Metern in der Nähe des Gebäudes in der Erde vergraben und mit Zuleitungen zur Wärmepumpe versehen.
- Erdsonden sind lange, sogenannte Doppel-U-Rohre. Sie werden bis zu einer Tiefe von 100 Metern ins Erdreich eingelassen und mit der Sole befüllt. Diese nimmt die Geothermie auf und leitet sie an die Wärmepumpe weiter. Für die Bohrungen holt in der Regel das ausführende Unternehmen eine Genehmigung bei der zuständigen Bergbehörde ein.
Diese Kosten fallen für eine Sole-Wasser-Wärmepumpe an
Wie teuer eine Erdwärmepumpe letztendlich ist, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Zum Beispiel sind Systeme, die über Erdsonden Energie gewinnen, teurer als solche, die mit Erdkollektoren betrieben werden. Im Detail sieht eine Kostenaufstellung so aus:
- Je nach Wirkungsgrad – also Leistung – kostet die Sole-Wasser-Wärmepumpe selbst durchschnittlich 8.000 bis 12.000 Euro.
- Ein Erdkollektor kostet je nach Leistung zwischen 3.000 und 8.000 Euro inklusive Installation.
- Teurer sind Erdsonden, weil sie durch die Bohrungen, die nur durch Spezialfirmen ausgeführt werden können, erheblich mehr Aufwand benötigen. Für die Bohrungen, die Verlegung der Sonden und deren Befüllung sowie für das Verschließen und Verdichten der Schächte fallen zwischen 7.000 und 13.000 Euro an.
- Für die Installation der Anlage und die nötigen Extras, wie zum Beispiel Rohrleitungen, sind zwischen 4.000 und 5.000 Euro zu zahlen.
- Nicht zu vergessen sind die Betriebskosten der Erdwärmepumpe von 400 bis 500 Euro im Jahr.
Da es für die Installation einer Sole-Wasser-Wärmepumpe staatliche Förderungen gibt, lassen sich die Gesamtkosten um bis zu 45 Prozent senken.
