Die Sole-Wasser-Wärmepumpe nutzt Erdwärme zur Wärmeerzeugung. Sie wird mithilfe von elektrischer Energie auf die gewünschte Vorlauftemperatur gebracht. Dieser Prozess ist hocheffizient, weil die Temperaturen im Erdreich ganzjährig konstant sind. Wie eine Sole-Wärmepumpe aufgebaut ist und wie sie funktioniert, erfahren Sie in diesem Leitfaden.
Und auf diese Fragen geht der Artikel ein:
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Aufbau: Aus welchen Bauteilen besteht eine Sole-Wasser-Wärmepumpe?
Eine Sole-Wasser-Wärmepumpe besteht aus folgenden Bauteilen:
- Erdwärmetauscher: zur Aufnahme der Erdwärme
- Verdampfer: zur Übertragung der Erdwärme an den Wärmepumpenkreislauf
- Verdichter: um die gewünschte Vorlauftemperatur zu erreichen
- Verflüssiger: zur Wärmeübertragung an das Heizsystem
- Expansionsventil: um zur Regeneration des Kältemittels
- Kältemittel: dessen Eigenschaften der Wärmepumpe ihre Hocheffizienz verleiht
Wie funktioniert eine Sole-Wasser-Wärmepumpe?
Die Sole-Wasser-Wärmepumpe nimmt die Wärme aus dem Erdreich mithilfe eines Erdwärmetauscher auf. Die Erdwärme wird auf ein Kältemittel übertragen, wodurch es sich erwärmt. Um die gewünschte Vorlauftemperatur zu erreichen, wird das Kältemittel mithilfe von Strom komprimiert und erhitzt. Diese Wärmeenergie wird dann zum Heizen und/oder zur Warmwasseraufbereitung verwendet.
Der Wärmepumpenkreislauf besteht aus vier Phasen:
- Wärmeaufnahme
- Verdichtung des Kältemittels
- Wärmeübertragung auf das Heizsystem
- Entspannung des Kältemittels
Wärmeaufnahme
Die Erdwärme wird durch einen Erdwärmetauscher aufgenommen. Dieser ist entweder großflächig auf der obersten Erdschicht verlegt oder tief in das Erdreich gebohrt. Im Erdwärmetauscher zirkuliert die sogenannte Sole, ein Wasser-Glykol-Gemisch mit Verhältnis 4:1. Die Sole nimmt die Erdwärme auf und überträgt sie auf den Verdampfer in den Wärmepumpenkreislauf.
Die verfügbaren Erdwärmetauscher:
- Erdsonde
- Erdkollektoren
- Erdwärmekörbe
- Eisspeicher
Erdsonden
Für die Installation einer Erdsonde muss eine Tiefenbohrung erstellt werden. Erdsonden für Einfamilienhäuser sind bis zu 100 Meter lang, da ab dieser Tiefe eine zusätzliche bergrechtliche Genehmigung notwendig ist. Die Erdsonde besteht aus einer oder zwei U-förmigen Soleleitungen. Im Durchschnitt benötigen Einfamilienhäuser bis zu drei Erdsonden, um den Wärmebedarf zu decken.
Erdkollektoren
Erdkollektoren werden großflächig auf der obersten Ebene des Erdreichs verlegt. Die Tiefe für die Verlegung beträgt maximal 1,5 Meter. Neben der Erdwärme nehmen sie auch die Wärme aus Sonneneinstrahlung und Niederschlägen auf. Für Ihre Installation benötigen Sie eine Fläche, die 2- bis 3-mal der beheizten Wohnfläche entspricht.
Erdwärmekörbe
Erdwärmekörbe bestehen aus spiralförmigen Soleleitungen, die in einer Art Korb zusammengebracht werden. Sie werden ebenfalls auf der obersten Erdschicht verlegt, allerdings nicht flächendeckend, sondern in kleinen Gräben. Diese sind zwischen ein und vier Meter tief. Die Installationsfläche entspricht 1,5- bis 2-mal der beheizten Wohnfläche.
Eisspeicher
Der Eisspeicher besteht aus einem Betonelement mit Volumen zwischen 10 und 20 Kubikmeter, das im Erdreich vergraben ist. Dieser Speicher wird im Sommer durch die Erdwärme und anhand von Solar-Luftabsorbern mit Umgebungsluft erwärmt. Die gespeicherte Wärme wird im Winter zum Heizen benutzt. Dieses System ist besonders hocheffizient, weil sich beim Einfrieren des Wasser-Glykol-Gemisches Kristallisationswärme freisetzt.
Verdichtung des Kältemittels
Nachdem das Kältemittel die Erdwärme aufgenommen hat, durchströmt es den Verdichter. Dieses Bauteil nutzt elektrische Energie, um das Kältemittel zu komprimieren und zu erhitzen. In diesem Schritt wird die gewünschte Vorlauftemperatur erzeugt. Je niedriger sie ist, desto geringer ist der Stromverbrauch.
Wärmeübertragung an das Heizsystem
Im nächsten Schritt fließt das erhitzte Kältemittel zum Verflüssiger. Hier wird die Wärmeenergie an das Heizsystem übertragen. Die Wärmeenergie wird entweder an das Wärmeverteilsystem übergeben oder zur Warmwasseraufbereitung genutzt. Durch die Wärmeübertragung an das Heizungswasser verliert das Kältemittel an Temperatur, bleibt aber weiterhin unter hohem Druck.
Entspannung des Kältemittels
Damit das Kältemittel vollständig regeneriert, wird ein Expansionsventil eingesetzt. Dieser gewährleistet, dass das Kältemittel seinen ursprünglichen Aggregatzustand wiederherstellt. Nur auf diese Weise kann das Kältemittel wiederholt Wärme aufnehmen. Dieser Schritt ist essenziell für die Regulierung des Kältemittelkreislaufs.
Welche Voraussetzungen sollten für eine reibungslose Funktion erfüllt werden?
Damit die Sole-Wasser-Wärmepumpe einwandfrei funktioniert, ist eine ausführliche Planung und fachkundige Ausführung wichtig. Beauftragen Sie hierfür einen qualifizierten Fachbetrieb. Achten Sie darüber hinaus auf Folgendes:
- Einen geringen Wärmebedarf und dass sowohl die Wärmepumpe als auch der Erdwärmetauscher entsprechend dimensioniert sind;
- Die Einhaltung der optimalen Vorlauftemperatur von 30 bis 35 °C. Die Vorlauftemperatur sollte die 50 °C nicht überschreiten;
- Die Zusammensetzung des Erdreichs. Die Bodenbeschaffenheit beeinflusst die Entzugsleistung des Erdwärmetauschers;
- Eine ausreichende Dimensionierung der Erdwärmetauscher. Eine Überdimensionierung ist durchaus sinnvoll, um die Jahresarbeitszahl zu erhöhen. Eine Unterdimensionierung sollten Sie stets vermeiden.
Was sind die Vor- und Nachteile einer Sole-Wasser-Wärmepumpe?
Eine Sole-Wasser-Wärmepumpe hat viele Vorteile und einige Nachteile. Die ganzjährig konstanten Temperaturen des Erdreichs sorgen für einen hohen Wirkungsgrad. Das sorgt ebenfalls für eine hohe Betriebssicherheit und kostenlose, natürliche Kühlung im Sommer. Nachteilig sind die hohen Investitionskosten und die aufwändige Erschließung der Erdwärme.
| Vorteile | Nachteile |
|---|---|
| hoher Wirkungsgrad | hohe Investitionskosten |
| niedrige Betriebskosten | aufwändige Erschließung der Wärmequellen |
| wartungsarm | im Altbau schwer umsetzbar |
| Nutzung von natürlicher und erneuerbarer Energie | große Grundstücksflächen notwendig (für Erdkollektoren und Erdwärmekörbe) |
| geringere Emissionen | teure und genehmigungspflichtige Tiefenbohrungen (Erdsonde) |
| hohe Betriebssicherheit | |
| zukunftssicheres Heizsystem | |
| Förderung bis 40% möglich | |
| hohe Langlebigkeit | |
| passive Kühlung |
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