Sole-Wasser-Wärmepumpen in Verbindung mit Erdwärmesonden sind eine effektive Art und Weise, ein Einfamilienhaus zu beheizen. Sie nutzen die im Erdreich gespeicherte Energie, um Wasser zu erwärmen und gleichzeitig ein komfortables Raumklima zu schaffen. In diesem Artikel erläutern wir die Auslegung und Berechnung von Erdwärmesonden.
Und das ist der Inhalt des Artikels:
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Was ist eine Erdwärmesonde?
Zur Erinnerung:
Eine Erdsonde ist ein Wärmetauscher aus der oberflächennahen Geothermie. Sie besteht aus einem oder zwei u-förmigen unterirdischen Rohren, die dem Erdreich Wärmeenergie entziehen. Erdsonden dienen somit als erneuerbare Energiequelle für eine Erdwärmepumpe.
Die Temperaturen halten sich im Erdreich ganzjährig konstant. Im Sommer sind die Temperaturen dadurch geringer im Erdreich als im Außenbereich, sodass eine Erdwärmesonde in Verbindung mit der Wärmepumpe zum Kühlen benutzt werden kann.
Wie berechne ich die Anzahl und Länge von Erdsonden?
Als Grundlage zur Berechnung von Erdwärmesonden wird die VDI-Richtlinie 4640 angewendet. Das Ziel ist die Auslegung der Länge und der Anzahl von Erdwärmesonden. Dafür muss im Vorfeld der Wärmebedarf eines Hauses berechnet werden, damit eine entsprechende Wärmepumpe ausgelegt werden kann.
Die VDI-Richtlinie 4640 stellt Richtwerte für Faktoren wie die Jahresbetriebsdauer und spezifische Entzugsleistung des Erdreichs. Bei geothermischen Heizungsanlagen für Einfamilienhäuser hängt die Entzugsleistung laut VDI-Richtlinie 4640 von den Schichten im Untergrund und deren Wärmeleitfähigkeit ab. Durchschnittlich liegt diese bei 50 Watt pro Meter (W/m) über einer Jahresbetriebsdauer von 1.800 Stunden.
Im Teil 2 der VDI 4640 werden die spezifischen Entzugsleistungen je nach Bodenbeschaffenheit und -art sowohl der Jahresbetriebsdauer aufgeführt. Bei trockenen Böden ist die Entzugsleistung niedriger, bei sehr feuchten Böden höher.
| Bodenart | Entzugsleistung (bei gesättigter Boden und 1.800 h/Jahr) | Entzugsleistung (bei trockenem Boden und 1.800 h/Jahr) |
|---|---|---|
| Sand | 70 W/m | 25 W/m |
| Kies | 80 W/m | 25 W/m |
| Torf, Ton, Mudde | 40 W/m | - |
| Kalkstein | 65 W/m | - |
| Sandstein | 80 W/m | 40 W/m |
Durch die Durchführung eines geologischen Gutachtens namens Thermal Response Tests (kurz TRT) kann die VDI-Richtlinie weiter verfeinert werden. Bei größeren Anlagen wird diese direkte Methode der summarischen Entzugsleistung durch die Sondierung einer festgelegten gebohrten Schichtfolge, dem sogenannten "Testbohrloch", ermittelt. Diese gesammelten Erdreichdaten helfen bei der Dimensionierung der geeigneten Sonden für jedes Sondenfeld.
Nehmen wir zwecks Beispielrechnung folgende Daten an:
- Sole-Wasser-Wärmepumpe mit einer Kälteleistung von 10 kW
- spezifische Entzugsleistung: 50 W/m
Berechnung der Länge einer Erdwärmesonde
Um die Erdwärmesondelänge zu berechnen, wird die Kälteleistung einer Sole-Wasser-Wärmepumpe durch die spezifische Entzugsleistung geteilt.
- Erdwärmesondelänge = Nennwärmeleistung ÷ spezifische Entzugsleistung
- Erdwärmesondelänge = 10.000 W ÷ 50 W/m
Bei unserem Beispiel würden die Erdwärmesonden insgesamt eine Länge von 200 Meter haben.
Berechnung der Erdwärmesonden-Anzahl
Um die Anzahl der Erdwärmesonden zu bestimmen, muss zunächst die Bohrlänge ermittelt werden. Um der Genehmigungspflicht nach Bundesberggesetz (kurz BBergG) zu entweichen, dürfen Erdwärme-Tiefenbohrungen eine maximale Tiefe von 100 Meter nicht überschreiten. Somit müssten bei unserem Beispiel zwei Erdwärmesonden installiert werden. Dabei sollten aufgrund der Anlagenhydraulik beide Erdwärmesonden die gleiche Länge haben.
Fazit
Mit dieser Beispielrechnung erhalten Sie eine ungefähre Vorstellung der Anzahl und Tiefe von Erdwärmesonden, die für Ihr Einfamilienhaus benötigt werden. Wenn Sie sich allerdings für diese Systemart entscheiden, ist eine grobe Berechnung nicht ausreichend. Erdwärmesonden sollten immer von einer Fachfirma oder einem Planungsbüro für Geothermie ausgelegt werden.
Sollte die Erdwärmesonde in Verbindung mit einer Sole-Wasser-Wärmepumpe interessant für Sie sein, so lassen Sie sich von einem zertifizierten Fachunternehmen beraten.
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