Erdkollektor: Erdwärme mit Flächenkollektor

• Was ist ein Erdkollektor? Ein Erdkollektor ist ein System aus horizontal verlegten Rohren, das die Wärme aus dem Erdreich aufnimmt und an eine Erdwärmepumpe weiterleitet. Diese Rohre sind in einer Tiefe von etwa 1,5 bis 2 Metern verlegt und nutzen die konstante Bodentemperatur zur Energiegewinnung. Erdkollektoren sind eine kostengünstige Methode zur Nutzung von Erdwärme für Heizung und Warmwasserbereitung.
• Einsatz Erdwärme: Erdwärmekollektoren werden in Kombination mit Wärmepumpen eingesetzt, um die im Boden gespeicherte Wärme für Heizung und Warmwasser zu nutzen. Die Wärmepumpe entzieht der Sole im Erdkollektor die Wärme und erhöht deren Temperatur für den Heizkreislauf.
• Erdwärme Flächenkollektoren Nachteile: Flächenkollektoren haben den Nachteil, dass sie eine große Bodenfläche benötigen, was in dicht besiedelten Gebieten problematisch sein kann. Die Installationskosten sind zwar niedriger als bei Tiefenbohrungen, können aber immer noch erheblich sein im Vergleich zu einer Luft-Luft-Wärmepumpe. Zudem kann die Effizienz der Kollektoren durch Bodentyp und Feuchtigkeit beeinflusst werden.
• Erdwärmebohrung vs. Flächenkollektor: Erdwärmebohrungen (Erdsonden) nutzen vertikale Bohrungen, um die tiefere und stabilere Erdwärme zu erreichen, und sind effizienter, aber auch teurer in der Installation. Flächenkollektoren hingegen sind kostengünstiger und einfacher zu installieren. Die Wahl zwischen beiden Methoden hängt von den spezifischen Standortbedingungen und dem verfügbaren Budget ab.

Wärme kann sowohl im Erdinneren, als auch in oberflächennahen Erdschichten für den Betrieb einer Wärmepumpe genutzt werden. Selbst bei kalten Umgebungstemperaturen ist die im Erdboden gespeicherte Energie ausreichend, um eine Erdwärmepumpe effizient zu betreiben.

Hiermit kann dann sowohl die Heizungsanlage betrieben werden, als auch die Warmwasserbereitung erfolgen. Die unterschiedlichen Wärmequellen erfordern allerdings entsprechende Kollektoren, um die Wärme an den Wärmetauscher zu befördern.

Die oberflächennahe Erdwärmegewinnung geschieht mit sogenannten Flächenkollektoren. Sie werden als Rohrsystem etwa 1,20 Meter unterhalb der Erdoberfläche verlegt. Die in den Rohren zirkulierende Sole, ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, entzieht dem Erdreich die Wärme und gibt diese an die Wärmepumpe weiter.

Für tiefere Erdschichten werden Erdsonden vertikal bis zu einer Tiefe von 100 Metern in den Erdboden eingebracht. Auch in ihren Rohren zirkuliert Sole und entzieht dem Erdboden die Wärme, um diese an die Wärmepumpe abzugeben.

Ein entscheidender Nachteil von Flächenkollektoren ist der enorme Platzbedarf, den diese Systeme benötigen. Die Größe richtet sich dabei nach der zu beheizenden Wohnfläche. In der Regel wird etwa doppelt so viel Platz für die Flächenkollektoren benötigt, wie Wohnfläche beheizt werden soll.

Bei einer Wohnfläche von 140 Quadratmetern entspricht das einer Kollektorfläche von ca. 280 Quadratmetern.

Ist der Boden sehr trocken (Sandböden) und wenig wärmespeicherfähig, fällt der Platzbedarf sogar deutlich höher aus. Bei schweren, feuchten Böden (Lehmböden) ist eine gute Wärmeübertragung gewährleistet. Von einer Bepflasterungen oder Versiegelung sollte abgesehen werden, da dem Boden wesentliche Energiemengen über das Regenwasser zugeführt werden.

Beispiel-Rechnung:

• Entzugsleistung 40 Watt pro m² bei sandigem Boden
• 12 kW Heizleistung benötigt rund 9 kW bzw. 9.000 Watt Kälteenzugsleistung
• Flächenbedarf Kollektor: 9.000 W / 40 W/m² = 225 m²

• Bei der Verlegung der Erdkollektoren müssen bestimmte Abstände der Rohre zueinander eingehalten werden.
• Hinzu kommen Sicherheitsabstände zu Wasserleitungen, Gebäuden und Kanälen.

Werden die Flächenkollektoren nicht wie vorgeschrieben verlegt, kann das schnell zu kostspieligen Problemen führen. Aus Platzgründen zu dicht verlegte Kollektoren entziehen dem Boden beispielsweise zu viel Wärme. Eine Vereisung des Bereichs ist die Folge, sodass das Regenwasser nicht mehr einwandfrei abfließen kann und die Fläche verschlammt.

In der Regel ist eine Vereisung die Folge, wenn die Wärmepumpe mehr Wärme benötigt, als für ihren Betrieb vorgesehen ist. Eine korrekte Auslegung der Leistung spart darüber hinaus Energie und Kosten.