Wärmequellen PDF Drucken E-Mail

Eine hohe Jahresarbeitszahl setzt eine großzügig bemessene Wärmequelle voraus.

Die Frage, ob es eine richtig bemessene Wärmequelle gibt, kann nur mit nein beantwortet werden. Sie kann nicht groß genug sein! Dies trifft auf alle Wärmequellen zu, Sonde, Flächenkollektoren, Luftverdampfer, beim Grundwasser auf die Temperatur. Deshalb sollte grundsätzlich die Wärmequelle mit dem höchsten zur Verfügung stehenden Temperaturniveau genutzt werden.

Als Grundsatz gilt, dass eine größere Wärmequelle die spezifische Entzugsleistung senkt, damit steigt zugleich die Verdampfungstemperatur. Dies hat eine höhere Arbeitszahl zur Folge. Grundsätzlich hat die Auslegung der Wärmequelle des Untergrundes nach VDI 4640 zu erfolgen, über die Richtlinie hinaus gehende Dimensionierungen sind von Vorteil. Leider sind allzu oft auch Anwendungen wie etwa Kapillarmatten zu finden, die bei weitem nicht einmal den Mindeststandard der VDI 4640 erfüllen.

Sonden: Ab ca. 15 m Tiefe hat das Erdreich eine konstante Temperatur bis etwa 10 °C in 100 m Tiefe. Die Temperatur der Sole, die die Sonden durchströmt, kann in den Wintermonaten auf Eintrittstemperaturen in die Wärmepumpe auf unter 0 °C fallen, deshalb ist auch eine Glykolbeimengung als Frostschutz nötig. Durch eine Verdoppelung der Bohrmeter würde sich der Wärmentzug pro Sonde halbieren, die Soletemperaturen könnten leichter in Plusbereichen bleiben. Dadurch könnte ggf. auf den  Gykolanteil verzichtet werden,  der - gegenüber Wasser - den Wärmeübergang mindert. Da die Viskosität des Glykols kleiner als bei Wasser ist, könnte dabei auch die Umwälzpumpe kleiner ausfallen bzw. hätte eine kleinere Leistungsaufnahme.

Ein weiterer Punkt ist das Verpressmaterial der Sonden, zur Verwendung kommt üblicherweise eine Bentonit-Suspension. Es gibt allerdings Unterschiede, neben der Frost-Tauwechsel-Beständigkeit gerade in der Wärmeleitfähigkeit des Materials. Besseres Material schlägt in der Regel auch mit höheren Kosten zu Buche, bringt aber durch den höheren Wärmefluss eine höhere Arbeitszahl.

Kollektoren: Für waagerecht verlegte Erdreich-Kollektoren gilt sinngemäß das Gleiche. Allerdings sind hier die Temperaturen etwas niedriger als in der Tiefe, was aber teilweise über die Fläche kompensiert werden kann. Der Betrieb ohne Glykol ist hierbei allerdings nicht möglich. Über eine dem Entzug angemessene Fläche wird ein permanentes Einfrieren und damit ein nennenswerter Einfluss auf die Vegetation vermieden. Da Kollektoren fast ausschließlich von oben regeneriert werden, spielt die Verlegetiefe eine untergeordnete Rolle, sie sollte 20 - 30 cm unterhalb der Frostgrenze liegen. Dies entspricht meist einer Verlegetiefe von 1 m bis 1,5 m, Verlegetiefen darüber haben sich als nachteilig herausgestellt, eine tiefere Verlegung bringt auch keine Vorteile. In der VDI 4640 ist die Verlegetiefe deshalb auf max. 1,5 m begrenzt.

Da bei Direktverdampfern der Wärmeaustausch auf die Sole entfällt, arbeiten diese prinzipiell effizienter als Sole-Kollektoren. Außerdem benötigen sie keine Sole-Umwälzpumpe. Zudem können Direktverdampfer auch latente Wärme nutzen.

Luftverdampfer: Wie für jede kältetechnische Anwendung gilt auch hier, dass ein größerer Wärmetauscher, also der Verdampfer einen höhere Effizienz mit sich bringt. Auch der Lamellenabstand spielt eine Rolle. Ist er sehr gering, wie etwa bei Kühlanwendungen, baut der Verdampfer zwar kompakt, allerdings vereisen die Lamellen dann schneller. Das hat zur Folge, dass der Verdampfer entsprechend häufiger abgetaut werden muss.

Ein großer Verdampfer bringt auch Vorteile bei der Lautstärke: Ein kleiner benötigt viel Ventilation, macht also mehr Geräusche, ein größerer kommt mit einem großen Ventilator aus, der langsamer dreht und damit leiser ist.

Grundwasser: Grundwasser hat ab etwa 6 - 8 m Tiefe - über das Jahr - eine mittlere Temperatur von etwa 10 °C. Grundwasser aus flacheren Schichten hat tiefere Temperaturen und verschlechtert damit die Jahresarbeitszahl. Dazu birgt es die Gefahr, das beim Wärmeentzug der Wärmeaustauscher einfriert und zerstört wird.