Geothermische Energie kann sowohl für die Heizung als auch für die Warmwasserbereitung auf verschiedene Art und Weise genutzt werden. Die Wärmepumpe mit Direktverdampfung in Verbindung mit Erdkollektoren hat einen maximalen Wirkungsgrad, der die herkömmliche Erdwärmepumpe mit Solesonde übertrifft. Dieses System ist nicht nur wirtschaftlich, sondern auch zuverlässig und wartungsarm.
Und das ist der Inhalt des Artikels:
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Was ist eine Direktverdampfer-Wärmepumpe?
Eine Direktverdampfer-Wärmepumpe ist eine Erdwärmepumpe, bei der die Wärmeenergie direkt im Erdreich in den Erdkollektoren verdampft wird. Sie hat keinen üblichen Verdampfer, wodurch es keine Wärmeübertragung und die damit verbundenen Wärmeverluste gibt. Eine Direktverdampfer-Wärmepumpe arbeitet daher effizienter und stromsparender als andere Wärmepumpen-Arten.
Wie funktioniert eine Direktverdampfer-Wärmepumpe?
Direktverdampfer-Wärmepumpen nutzen die im Erdreich gespeicherte Erdwärme über Flachkollektoren.
Erdkollektoren, die aus Kupferrohren mit PE-Beschichtung bestehen, werden in einer Tiefe von etwa 1,2 bis 1,5 Metern unter der Erdoberfläche installiert. Bei Neubauten sollte die Installationsfläche etwa das 1,5- bis 2,5-fache der Wohnnutzfläche betragen, um eine optimale Effizienz zu erreichen.
Üblicherweise nehmen Erdwärmepumpen die Erdwärme mittels einer frostgeschützten Wärmeträgerflüssigkeit, die sogenannte Sole, auf. Von dort gelangt sie in einen weiteren Wärmetauscher und schließlich in das Kältemittel. Bei diesem Vorgang kommt es zu einem Temperaturverlust von mehreren Grad-Celsius, was sich negativ auf den Wirkungsgrad, die Leistungszahl und die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe auswirkt. Der Verdichter muss aufgrund der höheren Temperaturdifferenz intensiver arbeiten und verbraucht somit mehr Strom zur Erzeugung von Wärmeenergie.
Um dieses Problem zu vermeiden, wurde das Verfahren zur Direktverdampfung entwickelt. Bei dieser Methode umgeht das Kältemittel den Wärmetauscher und fließt stattdessen durch eine entsprechend ausgelegten Erdwärmekollektor. Der Flachkollektor übernimmt dabei die Funktion des Verdampfers selbst.
Vor- und Nachteile einer Direktverdampfer-Wärmepumpe
Schauen wir uns die Vor- und Nachteile einer Direktverdampfer-Wärmepumpe genauer an.
| Vorteile | Nachteile |
|---|---|
| höchste Systemeffizienz | Einsatz von anderen Typen von Erdwärmetauschern nicht möglich |
| minimale Betriebskosten | hohe Investitionskosten |
| hohe Betriebssicherheit | freie Kühlung nicht anwendbar |
| wartungsarm | große Installationsfläche notwendig |
| Kontamination des Erdreichs mit Kältemittel ist nicht auszuschließen |
Die Direktverdampfung hat den Vorteil, dass die Wärmepumpe mit einer geringeren Temperaturdifferenz arbeiten kann. Dies macht die Wärmepumpe energieeffizienter.
Die Direktverdampfung erfordert keine Solepumpe und den damit verbundenen Energieverbrauch. Zu erwähnen ist, dass der Wärmetransport mit einer Sole deutlich größere Volumenströme erfordert als der Transport von Kältemitteln, die eine höhere spezifische Wärmekapazität haben und latente Wärme effektiv transportieren können.
Der größte Nachteil dieser Systemlösung ist die Anwendung von Kältemitteln direkt im Erdreich. Viele Kältemittel sind nämlich klimaschädlich und können im Falle eines Lecks zu schwerer Kontamination des Erdreichs führen. Die Wahrscheinlichkeit solcher Lecks steigt, wenn das Kältemittel durch unterirdische Rohrleitungen fließt. Diese können etwa durch Grabungsarbeiten zerstört werden. Selbst die Verwendung von zusätzlich geschützten Rohrleitungen kann dieses Problem nicht vollständig lösen.
Außerdem ist es schwierig, die Rohrleitungen, in denen ein Kältemittel strömt, mit der gleichen hohen Qualität zu verlegen, wie sie bei der Installation der Wärmepumpe unter werkseitig kontrollierten Bedingungen erfolgt.
Was kostet eine Direktverdampfer-Wärmepumpe?
Für ein durchschnittliches Einfamilienhaus liegen die Kosten für eine Direktverdampfer-Wärmepumpe, einschließlich Erdarbeiten und Installation zwischen 12.000 und 20.000 Euro. Die Betriebskosten belaufen sich auf etwa 500 Euro pro Jahr, was deutlich niedriger ist als bei anderen Typen von Erdwärmetauscher.
Alternativen zu einer Direktverdampfer-Wärmepumpe
Wer nicht auf eine Direktverdampfer-Wärmepumpe setzen und trotzdem Gebrauch von der geothermischen Energie machen möchte, kann alternativ eine Grundwasserwärmepumpe, eine Erdwärmepumpe mit Erdwärmekörben oder Erdsonde sowie eine Eisheizung in Betracht ziehen.
Fazit
Die Direktverdampfer-Wärmepumpe ist ein hocheffizientes Heizungssystem, das betriebssicher ist und geringe Betriebskosten verursacht. Dabei ist allerdings einer der größten Vorteile von Erdwärmepumpen nicht einsetzbar: die freie Kühlung. Zudem ist dieses System schwieriger zu installieren und deutlich teurer als eine Erdwärmepumpe.
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