Speicher
Sicherheitsventil
Sicherheitsventil
Sicherheitsventil
Sicherheitsventil
Boiler
Boiler
Boiler
Unter Erdwärmekollektoren versteht man flache, oberflächennahe Erdwärmenutzungssysteme, die in Tiefen bis 5 m die „Erdwärme“ nutzen. Der Leitfaden gilt auch für erdberührte Betonbauteile, die als Teil eines Bauwerks horizontal oder vertikal Energie entnehmen oder abgeben. Zur Regeneration des Erdspeichers können auch Sonnenkollektoren in das System mit eingebunden werden. Die einzelnen Sondenkreise der Erdwärmekollektoren haben meist eine Rohrlänge zwischen 100 m und 150 m. Der Wärmeentzug erfolgt generell unterhalb der Frostgrenze ab 1 m unter Geländeoberkante.
Sie können zum Heizen und Kühlen verwendet werden und sollten aus energetischen Gründen nicht überbaut werden. Die höchsten Entzugsleistungen haben sie beim Einbau in feuchte wasserspeichernde Gesteine bzw. in Gesteine mit durchströmtem Grund- bzw. Niederschlagswasser. Tiefenbedingt haben sie in der Regel jedoch keinen direkten Kontakt zum Grundwasser. Geringe Entzugsleistungen zeigen sich durch die geringe Wärmeleitfähigkeit in trockenen (wasserfreien) Gesteinen.

Flächenkollektor

Quelle: Max-Planck Institut IPP, Foto: Prof. Dipl.-Ing. Werner Schenk
Kompaktabsorber
Quelle: Berning, Fa. Elektro-Schulten
Spiralkollektor
Quelle: www.betatherm.info
Grabenkollektor
Quelle: www.sbk-neuenstein.de
die neue Wärmequelle Terra Q600
(Boden-Klima-Tauscher)
Quelle: systemhaus-energie
Beim Flächenkollektor wird der gesamte Oberboden bis auf die gewünschte Einbautiefe abgeschoben. Auf dem entsprechend vorbereiteten Untergrund werden ähnlich einer Fußbodenheizung PE-Rohr-Schlingen ausgelegt und fixiert. Die Rohrenden werden in einem Sammelschacht, getrennt als Vor- und Rücklaufleitungen mit speziellen Armaturen zusammengefasst. Danach werden die PE-Schlingen wieder mit Erdreich überdeckt.
Kompaktabsorber sind eine Variante des Flächenkollektors, diese bestehen aus vorgefertigten polymervernetzten Kapillarrohrmatten. Das System arbeitet nach dem Low-flow-Prinzip, also mit einer niedrigen Strömungsgeschwindigkeit, wodurch ein optimaler Wärmeentzug aus dem Erdreich gewährleistet werden soll. Im Vergleich zu den konventionellen Flächenkollektoren soll der Flächenbedarf für den Kompaktabsorber geringer sein.
Der Spiralkollektor ist für den flächigen und grabenförmigen Einbau geeignet. Der Unterschied liegt lediglich in der Form der Kollektorleitung. Wie der Name es schon vermuten lässt, verlaufen die Leitungen in horizontalen Spiralen. Dieser Verlauf wird erzielt, in dem die gewickelte Kollektorleitung senkrecht auf dem präparierten Untergrund aufsetzt und seitlich (senkrecht zur Wickelachse) die Spirale so auseinander zieht, dass sich die Windungen jeweils überlappen.
Für den Grabenkollektor wird ein Graben mit schrägen Wänden ausgehoben, der bis über 3 m tief sein kann. An dessen Wandflächen werden PE-Rohre in einem Abstand von ca. 10 cm horizontal verlegt und fixiert. Danach wird der Graben wieder verfüllt. Eine neue Art von Grabenkollektor ist die senkrechte Variante, der in eine 3 m tief gefräste Rinne eingebaut werden.
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Quelle: AKA-Freiberg
Quelle: FRANK GmbH

Ringgrabenkollektor - Hartmut Brockman

 
 
 Energiezaun

Der einfache Energiezaun kann in Form eines Gartenzaunes an der Grundstücksgrenze oder als masssiver Begrenzungszaun bzw. Geländer aufgestellt werden. Der Zaun eignet sich auch als Ergänzung zu einem Flächenkollektor, eines Wärmekorbes oder/und einer Erdwärmesonde.

Quelle: effidur GmbH

Der Solekollektorzaun (Energiezaun) ist eine massive, hochwertige, ortsübliche Einfriedung Ihres Grundstücks.
Die massiven Säulen, welche sowohl als Durchgangssäule, Innen- und Außenecke sowie als Befestigungssäule für Tore verfügbar sind, dienen nicht nur dem Schutz vor un- befugtem Zutritt sondern erfüllen zugleich die Funktion eines Kollektors für Sole-Wasser-Wärmepumpen.
Die spezielle geometrische Gestaltung erlaubt einen maximalen Soledurchsatz bei geringem Strömungswiderstand und aufgrund der sehr hohen Oberfläche der Zaunfelder eine maximale Entzugsleistung.
Genormte und aufeinander abgestimmte Formelemente erlauben die Montage des Zaunes selbst im Einmannbetrieb in kürzester Zeit. Die Konstruktion der Zaunfelder sichert höchste Stabilität bei gleichzeitig minimalem Gewicht.
Eine Wasser- bzw. Soleführung ist von außen nicht erkennbar. Ansatzfrei eingeschraubte Edelstahlanschlüsse dienen sowohl der Befestigung als auch Soleverbindung der Zaunfelder.

Das Schnellmontagesystem wird durch Langlöcher mit Kippsicherung und der Möglichkeit des Ausgleichs von Unebenheiten erreicht. Die werkseitig vorgefertigten Zaunfelder werden dabei nur in die Säulen eingehangen. Nach Ausrichten und Befestigen der Säulen werden je nach Flussrichtung der Sole die mitgelieferten Verbinder in die Säulen geklemmt und die Säulen verschlossen. Dabei werden die Zaunfelder dauerhaft und sicher fixiert. Verschraubungen, Gewindeansätze oder auch nur Angriffspunkte für Vandalen sind äußerlich nicht erkennbar. Quelle: effidur GmbH

Energie+Zaun - effidur GmbH

 

 

 

 

Quelle: Schlemmer ecotech

Richtig geplant kann ein Energiezaun in Verbindung mit einem Grabenkollektor die gesamte Heizlast eines Gebäudes abdecken.
Der Energiezaun besteht aus übereinander verlaufenden Absorberrohren, die wechselseitig an Pfählen vorbeigeführt werden. Besonders gut eignen sich Wellschläuche, da durch die vergrößerte Oberfläche und der turbulenten Strömung die Wärmeaufnahme gegenüber Glattrohren mit laminarer Strömung besser ist.

Der oberirdische Teil des Zaunes kann begrünt werden, was aber die Sonneneinstrahlung verringert.

 

Quelle: Schlemmer ecotech
Der Energiezaun arbeitet wie ein Sonnenkollektor. Er nimmt Sonnenenergie auf und erwärmt hiermit das Solesystem. Die Wärme wird in einen Grabenkollektor, der letztendlich ein unterirdischer Energiezaun ist, abgegeben. Diese Puffermöglichkeit ermöglicht auch einen Betrieb der Anlage in den Nachtstunden und besonders kalte und bedeckte Tage. Die Quellentemperatur liegt deutlich höher als die tatsächliche Außentemperatur. Durch den Solargewinn kann die Anlage deutlich wirtschaftlicher als eine Luft-Wasser-Wärmepumpe sein, da diese nur die vorhandene Außentemperatur, die eine deutlich kältere Quelle ist, nutzen kann. Dies trifft auch für die Nacht und an kalten Tagen zu, da die Erdreichtemperatur auch bei einem entladenen Speicher wärmer ist als die Außenluft.
Quelle: Schlemmer ecotech
 
Als Nachteil dieser Zäune wird die Gefahr des "Festfrierens" besonders von Kindern und Haustieren aufgrund der niedrigen Oberflächentemperaturen im Winterbetrieb angesehen. Hier sind evtl. besondere Schutzmaßnahmen notwendig.
 
 
Massivabsorber


Buschbeck-Massivabsorber

Massivabsorber
-Modul
Quelle: Buschbeck GmbH

Die modularen Hochleistungs-Massivabsorber (Energie-Stelen) ermöglichen die Nutzung von Luft und Sonnenlicht zur Gewinnung von Wärme. Ein Modul mit einer Länge von 1,2 m besteht aus jeweils 3 Energie-Stelen (Höhe 1,2 m). Es verfügt über eine Gesamtoberfläche von 5,4 m2. Sie bilden eine hoch effiziente und kostengünstige Alternative zu den herkömmlichen Erdkollektoren oder Erdbohrung für Wärmepumpen.
Das Energiegewinnungsprinzip der modularen Hochleistungs-Massivabsorber ähnelt dem der Luftwärmepumpen. Die Massivabsorber arbeiten jedoch absolut geräuschlos. Entscheidend ist jedoch der deutlich bessere Wirkungsgrad der Energie-Stelen. Im Gegensatz zu Luftwärmepumpen werden die Massivabsorber vom Sonnenlicht abgetaut. Zusammen mit einer Optimierung des Komplettsystems werden so hohe Wirkungsgrade bzw. Leistungszahlen erzielt. Die jeweilige Arbeitszahl ist in den Live-Daten zu sehen.

Buschbeck-Massivabsorber

 

 

 
 
Energiewand



Die Wärmeleitfähigkeit von Beton im Vergleich mit anderen Stoffen
Quelle: Henrich Schröder GmbH

Die Energiewand ist ein Massivabsorber, der sich an milden und sonnigen Tagen erwärmt und Energie speichert. Dadurch wird die Wärmepumpe mit einer hohen Quellentemperatur versorgt und gleichzeitig gibt der Massivabsorber einen Teil der Wärme an das Erdreich ab, das sich ständig regeneriert und zusätzlich ein Wärmevorrat anlegt. Die gespeicherte Wärme im Massivabsorber und im Erdreich sorgt an besonders kalten Tagen für die volle Energieversorgung der Wärmepumpe.
Durch einen guten Wärmeübergang vom Beton zum Absorberrohr wird die Umweltwärme an normalen Wintertagen (0 und 5 °C Außentemperatur) möglichst verlustfrei (also ohne große Temperaturdifferenzen) zur Wärmepumpe transportiert. Während der Stillstandszeiten der Wärmepumpe lädt sich der Massivabsorber wieder mit Wärme aus der Umgebung auf und speichert diese wie ein Pufferspeicher.
Genauso wie bei der Betonkernaktivierung enthält der Absorber ein PE-Rohr, das direkt einbetoniert wird und für einen guten Wärmeübergang sorgt. Die hohe Wärmeleitfähigkeit von Beton wirkt temperaturausgleichend, so dass nur geringe Spannungen im Bauteil auftreten. Die Spannungen durch Sonneneinstrahlung in normalen Betonbauteilen sind deutlich höher. Die Rohrleitungen in den Massivabsorbern haben eine Lebenserwartung von deutlich mehr als 50 Jahren, so dass keine Folgeinvestitionen an der Wärmequelle zu erwarten sind.


Funktionsweise der Energiewand
Quelle: Henrich Schröder GmbH

 
 
 Wärmekörbe
Erdwärmekörbe
Quelle: Betatherm

Erdwärmekörbe sind üblicherweise kegelförmig gewickelte Erdwärmesonden. Die Körbe haben in der Regel eine Höhe zwischen ca. 1 und 3 m, der obere Durchmesser liegt bei ca. 2 m. Die Sondenlänge variiert je nach Korbgröße zwischen 100 und 300 m. Die Körbe können einzeln oder in gleichgroße Gruppen zusammengefasst werden. Für den Einbau der Körbe wird ein ausreichend dimensioniertes Loch ausgehoben, der Korb darin eingebracht und anschließend das Loch wieder verfüllt. Eine optimale Anbindung der PE-Leitungen mit dem wiederverfüllten Erdreich erreicht man durch das Einschlämmen des Bodens mit Wasser.

 
 
 Aqua-Warmetauscher
Quelle: Wavin GmbH
Die Hauptbestandteile des AquaGeoThermie-Systems sind der AquaGeoKollektor und eine Sole-Wärmepumpe. Die Kollektorrohre befinden sich in einer wasserdichten Wanne, in der das Erdreich über zugeführtes Regenwasser feucht gehalten wird. Überschüssiges Regenwasser wird abgeführt und versickert. Eine Drainage in Verbindung mit einer Anstauvorrichtung sorgt für den dosierten Abfluss des durch den Wärmeentzug abgekühlten Regenwassers.
Durch die gezielte Zufuhr von Regenwasser wird kontinuierlich Energie in das Kollektorfeld eingetragen. So wird die spezifische Entzugsleistung deutlich erhöht. Der Vorteil: Der Kollektor kann im Vergleich zu herkömmlichen Flächenkollektoren deutlich kleiner bemessen werden und ist somt für kleine Grundstücke geeignet.

 

Schema-AquaGeoThermie
Quelle: Wavin GmbH

Erdwärmekollektoren ohne Kontakt zum Grundwasser und außerhalb von Wasserschutzgebieten werden als flache Erdaufschlüsse anzeigefrei errichtet. Materialauswahl und Herstellung unterliegen grundsätzlich den allgemein anerkannten Regeln der Technik. Der Bodeneingriff ist vergleichbar mit der Errichtung eines unterkellerten Gebäudes. Bei geringen Grundwasserflurabständen kann dies zu einem Eingriff ins Grundwasser führen, der anzeigepflichtig ist und eine wasserrechtliche Erlaubnis erfordert (§ 3 Abs. 1 Nr. 5 und Abs. 2 WHG).
Die unvorhergesehene Erschließung (unbefugt oder unbeabsichtigt) von Grundwasser hat der Unternehmer der Wasserbehörde unverzüglich anzuzeigen und die Arbeiten, die zur Erschließung geführt haben, einstweilen einzustellen. Die Wasserbehörde trifft die erforderlichen Anordnungen (§ 37 Abs. 4 WG und § 35 Abs. 2 WHG).
In Wasser- und Heilquellenschutzgebieten gilt die jeweilige Schutzgebietsverordnung. Geothermische Anlagen sind nach § 19 Abs. 2 WHG in Verbindung mit der jeweiligen Schutzgebietsverordnung in den Wasserschutzgebietszonen I und II sowie in wasserwirtschaftlichen Vorrangflächen.
In den Zonen III/ IIIA/ IIIB der Wasser- und Heilquellenschutzgebiete sowie in wasserwirtschaftlichen Vorbehaltsflächen können Erdwärmekollektoren unter bestimmten Voraussetzungen zugelassen werden.

Diese Regelungen können in verschiedenen Bundesländern unterschiedlich sein.

 
 
 Erdwärmesonden
Bohrarbeiten
Quelle: Brunnenbau Hartmann
Quelle: Fa. Systherma GmbH
Quelle: Terra Umweltwärmesonde GmbH
Eine andere Art von "Kollektor" ist die "Erdwärmesonde" (EWS) . Dieser Erdwärmeentzug fällt aber in den Bereich "Tiefen-Geothermie". und unterliegt besonderen Vorschriften.
Die besondere Konstruktion z. B. der Terra-Umweltwärmesonde besteht darin, dass das von der Wärmepumpe entwärmte Medium nahezu ohne Wärmeaufnahme den Sondenfuß erreicht. Während die hydraulischen Querschnitte der auf- und absteigenden Rohrleitungen gleich sind, bieten die aufsteigenden Rohrleitungen zur Wärmeaufnahme ein etwa 2 ½ größere Oberfläche.
Das ermöglicht eine größere Wärmeaufnahme und dadurch kann bei gleicher Bohrtiefe (wie bei der handelsüblichen Doppel U Sonden) die Vor - und Rücklauftemperatur soweit angehoben werden, dass die Sonde im positiven Temperaturbereich gefahren werden kann.
Bei der Terra-Umweltwärmesonde verläuft die absteigende Flüssigkeit in einem isolierten zentralen Rohr. Die geothermische Wärme wird daher von den aufsteigenden Satellitenrohren auf der gesamten Sondenlänge aufgenommen. Um die Unterschiede der Wärmeübertragung in den Sonden zu verdeutlichen, wird in der Abbildung der Wärmefluss durch die roten Pfeilen dargestellt.
 
CO2-Diffusion
Die meisten Erdwärmesonden sind aus PE-Rohren hergestellt. Dieser Kunststoff hat sich aufgrund seiner guten Verarbeitbarkeit und seiner dauerhaften Haltbarkeit zum Bau von Erdwärmesonden seit Jahren bewährt. Allerdings sind diese Rohrarten aufgrund ihres molekularen Gefüges für Gase mehr oder weniger durchlässig. PE-Rohre können besonders gut von Kohlendioxid (CO2) durchdrungen werden. So ist die Diffusionsrate von Kohlendioxid rund doppelt so hoch wie die von Sauerstoff. Somit kann sich in der Sole bei hohen Drücken in der Sonde bis zur Sättigung anreichern.
Ein an der Wärmepumpe installierter Luftabscheider kann die bei geringerem Druck ausgasende Kohlendioxidmenge nicht abscheiden. Der Schaum wandert zum Verdampfer der Wärmepumpe und reduziert erheblich die Entzugsleistung. Dies führt nach kurzer Zeit zur Störabschaltung der Wärmepumpe.
Damit die Ausgasung möglichst gering gehalten wird, sollte der Druck an der höchsten Stelle der Anlage möglichst hoch sein. Was bei der Auslegung des MAG's beachtet werden muss.
Quelle: Prof. Dr.-Ing. W. Ameling
Das zirkulierende Wasser-Frostschutzmittel-Gemisch (Sole) wird als Wärmequelle für eine Wärmepumpe verwendet und dort im Verdampfer abgekühlt. Dabei ist die Sondenpumpe für bis zu 20 % des Stromverbrauchs der gesamten Wärmepumpenanlage verantwortlich. Bei einer richtige Auslegung kann der Stromverbrauch auf unter 10 % gesenkt werden. Hier sind die wichtigsten Auslegungsgrössen:

• Auslegung der Temperaturspreizung von Sondenvorlauf zu Sondenrücklauf
• Durchmesser der Erdwärmesonden
• Richtige Dimensionierung der Sondenverteiler und Zuleitungen
• Sondenlänge und Anzahl Sonden
• Wahl des Sondenflüssigkeit (reines Wasser oder Wasser-Frostschutz-Gemisch)
• Wahl der richtigen Sondenpumpe

Wenn die Erdwärmesonden tief genug gebohrt sind, dann sollte die  Temperatur des Sondenrücklaufs (die in die Erdsonde einströmende Sole) nie unter den minimal nötigen Wert der Wärmepumpe sinken.
Die Auslegung der Anlage setzt sich aus den Druckverlusten der Sonde, dem WP-Verdampfer, Verteiler, Volumenstrommesser und weiteren Bauteilen (z. B. Luftabscheider) zusammen. Grundlage für die Berechnung ist der Nennmassenstrom.
Bei dem Füllen von Erdwärmesondenanlagen werden häufig Fehler gemacht, die dazu führen, dass die geforderte Heizleistung nicht vollständig erbracht wird oder die Anlage total ausfällt. Folgende Dinge müssen besonders beachtet werden:
Nach dem Einbau der Erdwärmesonde darf kein Schmutz (Sand, Kiesel) in den Sondenkreislauf gelangen.  Die Rohrenden (Sondenkopf) müssen unmittelbar nach dem Einbau von der zuständigen Bohrfirma gut verschlossen werden (PE-Schweisskappe oder sehr gutes Klebeband). Verunreinigungen können bei der Umwälzpumpe oder beim Verdampfer der Wärmepumpe grosse Schäden verursachen.
Die richtig berechnete Menge Frostschutzmittel muss dem Füllwasser in einer Mischvorrichtung gut durchmischt direkt eingefüllt werden, damit aufgrund der Zähflüssigkeit des Konzentrates einzelne Erdwärmesonden nicht abgeschnitten werden. abgeklemmt werden und Sonden mit zu wenig Frostschutzmittel oder der Verdampfer nicht einfrieren können. Hierzu muss ein Misch- / Füllfass und eine Jetpumpe eingesetzt werden.
Wenn die Solekonzentration von der Berechnung abweicht, kann zu Frost- und Korrosionsschäden kommen.
 
Schema für den Spül- und Füllvorgang
Quelle: AWP
Vor dem Füllen der Erdwärmesondenanlage ist unbedingt der Vordruck des Membrandruckausdehnungsgefäßes (MAG) zu prüfen bzw. einzustellen (0.5 bis 1.5 bar oder nach Angabe des WP-Herstellers). Der Einbau eines Kappenventils für die Spülung und spätere Wartungen ist immer sinnvoll.
Vor dem Füllen der Sonden müssen die Umwälzpumpe und der Verdampfer mit sauberem Leitungswasser mit Druck von Verunreinigungen durch Schweissperlen, Sand,  Kiesel und Schmutz (Ziehfettbeläge, Rostteilchen) gespült. Erst danach darf jeder Kreis der Anlage einzeln gespült und entlüftet werden. Die Spülzeit (2 bis 0 Minuten oder bis blasernfreies sauberes Wasser zurückkommt) ist von dem Spüldruck, der Nennweite und der Länge der Rohrleitungen abhängig.
Nach dem Spülen ist der ganze Erdwärmesondenkreis mit Leitungswasser gefüllt.
Beispiel
Übliche Inhalte für Erdwärmesonden ergeben sich aus den üblichen Rohrdurchmessern (Inhalt pro Meter bei Polyethylen-Rohr (PE) mit folgenden Nennweiten: DN 32 (32 x 2.9 mm) > 2.16 Liter (4 x 0.539 Liter), DN 40 (40 x 3.7 mm) > 3.36 Liter (4 x 0.838 Liter)
Die erforderliche Durchmischung mit 100%-igem Frostschutzkonzentrat ist folgender Maßen vorzunehmen:
140 m Doppel-U-Erdwärmesonden mit einem Durchmesser von DN 32; erforderliche Konzentration > 25 %
  •   Berechnung des Volumens eines Erdwärmesondenkreises; eine Doppel-UErdwärmesonde besteht aus zwei Kreisen! Ein Erdwärmesondenkreislauf mit je einem Vor- und einem Rücklauf hat ein Volumen von 302.4 Liter (140 m x 2.16 l/m)
  •   Anteil des notwendigen Frostschutzkonzentrates: 75.6 Liter (25 % von 302.4 Liter)
  •   Damit sich das Konzentrat im Fass mischen kann, müssen zusätzliche 40 Liter Gemisch ins Fass geleert werden (10 Liter Konzentrat und 30 Liter Wasser). Als Hilfe sind am Fass Volumenmarkierungen anzubringen.
  •  Das bereitgestellte Frostschutzkonzentrat ist ins Mischfass zu leeren.
  •  Die Schieber zum Verdampfer schliessen.
  •  Die Absperrhähne eines Stranges (nicht beide Stränge der Erdwärmesonde) öffnen.
  •  Den Entleerschlauch aus dem Fass nehmen und in einen Abfluss legen.
  •  Die Füllpumpe (Jetpumpe mit genügend Leistung) einschalten und laufen lassen, bis nur noch 40 Liter im Fass sind. Dann Füllpumpe sofort abschalten. Aus dem Entleerschlauch fliesst während dieses Vorgangs das überflüssige Leitungswasser in den Abfluss.
  •  Den Entleerschlauch ins Fass stecken und die Füllpumpe erneut einschalten und so lange laufen lassen, bis sich das Frostschutzkonzentrat und das Wasser gut vermischt haben. Die benötigte Zeit beträgt ca. das 6-fache der Spülzeit.
  •  Die Füllhähne beim Entleerschlauch und anschliessend beim Erdwärmesondenverteiler schliessen. Über das Überdruckventil (2.5 bar) fliesst das überflüssige Gemisch zurück in das Fass. Die Füllpumpe abschalten. Im Fass befinden sich noch beinahe 40 Liter Gemisch. Ein Teil wurde durch die Expansion der Erdwärmesonden aufgenommen.
  •  Bei relativ langen Erdwärmesonden und bei schlechter Mischung spricht das Überdruckventil beim Fass an und verbessert damit das Mischen.
  •  Die Mischung für jeden weiteren Kreis einer Erdwärmsondenanlage ist wie vorstehend vorzunehmen
  •   Wenn alle Erdwärmesondenkreise gefüllt sind, müssen noch die Verbindungsleitungen zur Wärmepumpe und der Verdampfer der Wärmepumpe gefüllt werden. Zu diesem Zweck sind alle Hähne zu den Erdwärmesonden zu schliessen und die Hähne zum Verdampfer zu öffnen. Sorgfältig wird nun der Rest des Gemisches über den Hahn am Füllschlauch hineingepumpt. Das Wasser im Verdampfer entweicht über den Entleerschlauch. Sobald am Entleerschlauch Frostschutzgemisch austritt (Farbänderung), ist der Hahn zu schliessen. Über den Pumpendruck wird das Ausdehnungsgefäß bis auf vorgesehenen Druck gefüllt. Zuletzt ist der Hahn am Füllschlauch zu schliessen. Es besteht nun Gewähr dafür, dass die Erdwärmesondenanlage schmutzfrei, mit richtiger Konzentration und auf korrekten Betriebsdruck (0,5 bar über Vordruck des Ausdehnungsgefässes) gefüllt ist. Quelle: Technische Merkblätter AWP
Druckprüfung von Erdwärmesonden aus Polyethylen
Eine eingebaute Erdwärmesonde kann im Gegensatz zu einer horizontalen Trinkwasserinstallation visuell nicht überprüft werden. Es ist vor der Übergabe eine Dichtigkeitsprüfung durchzuführen. Wobei man in der Praxis davon ausgeht, dass die Rohre ohne Verbindungsstellen normalerweise dicht sind, aber trotztdem geprüft werden müssen und darüber ein Protokoll ausgefertigt werden muss..

Da die Erdsonden aus Polyethylen-Rohre (PE) heutzutage sehr tief gebohrt werden, ergibt sich ein relativ hoher statischer Druck am Erdwärmesondefuß. Außerdem muss beachtet werden, dass die Kunststoffrohre unter Belastung kriechen. Das bedeutet, dass auch in einer dichten Erdwärmesonde der Fülldruck in der Sonde langsam abfällt, dadurch ist die Unterscheidung zu einer undichten Anlage schwierig.

Der Nenndruck der Erdwärmesondenrohre ist 16 bar, was eine Tiefe von 160 m entspricht. Wenn jetzt noch der Überdruck (bis 3 bar > Prüfdruck der 1,5fache Druck = 4,5 bar) der an der Oberfläche vorhandenen Bauteile dazugerechnet wird, dann wären nur Tiefen von 130 m nach den üblichen Prüfverfahren möglich. Für die Druckprüfung ist eine kurzfristige Überschreitung des Nenndruckes zulässig.
Zur Feststellung der Dichtheit muss die Anlage luftfrei gespült werden und die Flüssigkeitstemperatur der Umgebung anpassen und die oberirdischen Rohrleitungen und Bauteile dürfen nicht der direkten Sonnenbestrahlung ausgesetzt sein. Wenn ein Wasser-Frostschutzmittel-Gemisch vorgesehen ist, wird dieses erst nach der Druckprüfung eingefüllt.
Beispiel einer Druckprüfung
Ablauf der Druckprüfung in Anlehnung an DIN V 4279-7. Für die Praxis wurde ein Protokoll (Diagramm) erstellt, in dem die einzelnen Schritte protokolliert werden. Quelle: Bundesamts für Energie BFE
1
Entspannungsphase: Beim Einbau der Erdwärmesonde und beim Durchflusstest wird nur ein geringer Differenzdruck auf das Rohr aufgebracht. Auf die Entspannungsphase kann darum verzichtet werden, ausser wenn nach einer Druckprüfung eine Nachprüfung gemacht werden muss.
60 Minuten
entfällt üblicherweise
2
Druckaufbauphase: Druck aufbringen. Die Erdwärmesonde muss so schnell wie möglich auf 12 bar gebracht werden, d.h. diese Testphase darf 10 Minuten nicht überschreiten
10 Minuten maximal
3
Druckhaltephase: Eventuell nachpumpen. Während 10 Minuten ist der Druck auf 12 bar zu halten. Mindestdruck während dieser Zeit 10 bar. Der Druck wird protokolliert.
10 Minuten
4
Ruhezeit: Je nach Messapparatur werden die Hähnen zu den Erdwärmesonden geschlossen. Der Druck wird protokolliert. Der Druckabfall  darf maximal 30% betragen.
60 Minuten
5
Druckabsenkphase: Für eine Druckabsenkung von 2 bar, Wasser ablassen. Die Menge und der Druck werden protokolliert. Die Menge darf nicht mehr sein, als in Tabelle 3 aufgeführt. Falls die Wassermenge grösser ist, ist Luft im Kreislauf. Der Test muss inkl. Entspannungsphase wiederholt werden (zurück zu 1).
 
6
Kontraktionsphase: Die Erdwärmesonde zieht sich zusammen. Der Druck steigt wieder an. Der Druck wird im 10 Minuten Rhythmus protokolliert. Der Druck darf nicht abfallen, d.h. er sollte leicht ansteigen oder gleich bleiben. Fällt er hingeben messbar ab, ist das System undicht. In diesem Falle sind das Prüfgerät und die Verbindungen zuerst selber zu überprüfen.
Anschliessend ist die Prüfung für jeden Kreis einzeln durchzuführen. Die Entspannungsphase ist zu beachten (zurück zu 1).
Bei mit elektronischen Druckfühlern aufgenommen Druckkurven ist bezogen auf das Maximum ein Druckabfall von mehr als 0.1 bar nicht zulässig (Rauschen).
 
7
Die in DIN V 4279-7 vorgesehene Verlängerung bis total 1.5 Stunden mit einem maximal zulässigen Druckabfall von 0.25 bar, ist für Erdwärmesonden nicht sinnvoll, da in der Praxis auch bei dichten Erdwärmesonden vielfach ein grösserer Druckabfall gemessen wird (bis ca. 0.4 bar in 1.5 Stunden). Damit dient diese Verlängerung nicht zur Klärung, ob eine Leckage vorliegt, oder ob der Druckabfall durch die Ausdehnung des PE Materials verursach wird. Aus diesem Grund entfällt diese zeitliche Verlängerung für vertikale Erdwärmesonden.
1.5 Stunden

Ausdehnungsgefäße in Kühlanlagen
In Kühlanlagen sind Zwischengefäße vorzusehen, wenn Gefäßtemperaturen von unter 5 °C auftreten, die meisten Gefäßhersteller die niedrigste Temperatur mit + 5 °C angeben.
Der Ausdehnungsfaktor ist höher, wenn dem Wasser Frostschutzmittel zugegeben wurde. Die entsprechenden Werten sind von dem Mischungsverhältnis abhängig. Bei Kühlanlagen muss der Inhalt der Anlage rechnerisch ermittelt werden, denn Pauschalwerte aufgrund der Nennleistung des Kühlaggregates ergeben keine zuverlässigen Ergebnisse. Für die Bestimmung des Ausdehnungsvolumens muss mit der max. möglichen Umgebungstemperatur gerechnet werden, welche die Kühlflüssigkeit bei Ausfall des Kühlaggregates annehmen kann (ca. 30–35°C).
Der Vordruck in einem Membrandruckausdehnungsgefäß (MAG) sollte mindestens 1,5 bar betragen, damit die angeschlossenen Geräte nicht auf Grund eines zu geringen Druckes abschalten. Die Wasservorlage, d. h. der Fülldruck sollte entsprechend hoch über dem Vordruck liegen und bei der Auslegung berücksichtigt werden. Dies ist besonders wichtig, wenn das Kühlmedium stark unter die Fülltemperatur absinken kann.
Kubischer Ausdehnungskoeffizient von GLYKOSOL N-Wasser-Gemischen
Quelle: pro Kühlsole
Transparenter Sole-Ausgleichsbehälter
Quelle: Vaillant Deutschland GmbH & Co. KG
Ein transparenter Ausgleichsbehälter wird eingesetzt, da sich der Wärmeträger (Wasser-Glykol-Gemisch bzw. Sole) im Kreislauf eines Erdkollektors oder einer Erdsonde im normalen Betrieb abkühlt. Hier ist es sinnvoll, den Füllstand im Ausgleichsbehälter beobachten zu können. Zumal eine Wärmepumpe bei zu niedrigem Druck auf Störabschaltung geht. Außerdem ist es normal, dass der Füllstand der Soleflüssigkeit im ersten Monat  nach der Inbetriebnahme der Anlage etwas sinkt. Der Füllstand kann auch je nach Temperatur der Wärmequelle variieren. Im Gegenteil zu Heizungs- und Solaranlagen zieht sich die Flüssigkeit zusammen.
Wenn der Füllstand der Soleflüssigkeit so weit gesunken ist, dass er im Soleausgleichsbehälter nicht mehr sichtbar ist, muss die Soleflüssigkeit nachgefüllt werden. Im Gegensatz zu den Membrandruckausdehnungsgefäßen (MAG) haben diese Gefäße haben keine Membran, da das Luftpolster den Gegendruck aufrecht hält. Bei Anlagen, die keinen Mindestdruck benötigen, kann auf das Sicherheitsventil verzichtet werden. Dann kann die Anlage offen betrieben werden. Jedes Ausdehnungsgefäß sollte mit einem Kappenventil angeschlossen werden, damit es bei der Dichtheitsprüfung und dem Luftfreispülen von der Anlage getrennt werden kann.
Der Sole-Fülldruck sollte zwischen 1 und 2 bar liegen. Wenn er für die Dauer von 2 Minuten unter 0,6 bar oder einmalig unter 0,2 bar sinkt, wird die Wärmepumpe automatisch abgeschaltet und eine Fehlermeldung wird angezeigt.
Auch bei der PC-Kühlung kommen transparente Ausgleichsbehälter zum Einsatz.

 

 

 

 


Hydraulische Auslegung von Erdwärmesondenkreisläufen - Huber A., Ochs M., Huber Energietechnik AG
 A bis Z der Erdwärme - Brunnenbau R. Hartmann
 
 
 Abluftkollektor
Der Abluftkollektor (ALK) ist ein Lüftungsgerät mit dem der Luftwechsel einer Wohnung sichergestellt wird. Mit der Abluftentfernung wird im Winterbetrieb die Sole, die aus einem Erdkollektor oder einer Erdwärmesonde kommt, (vor)erwärmt, was die Effizienz steigert. Der Abluftkollektor führt Abluft aus Räumen mit hohem Lüftungsbedarf, so z. B. Küche, Bad oder WC, ab. Außenluft strömt über Außenwandventile in die Räume nach.
Abluftkollektor
Quelle: Junkers - Bosch Thermotechnik GmbH
Die warme Abluft (Fortluft) strömt im Abluftkollektor durch einen Wärmetauscher und wärmt die Sole für die Wärmepumpe vor. Dadurch muss die Wärmepumpe nur noch eine geringere Temperaturdifferenz überbrücken. Sie benötigt also weniger elektrische Energie und ihre Leistungszahl (e, COP) steigt.
Beispiel
Die Kühlleistung des Abluftkollektors im Nennbetrieb beläuft sich auf ca. 1,2 kW. Damit kann die Sole von 10 °C auf 11,3 °C erwärmt werden und die Wärmepumpe arbeitet entsprechend effizienter.
Wenn im Sommer Kühlkonvektoren oder eine Klimadecke zur Kühlung der Räume eingesetzt werden, arbeitet diese Anlage am besten mit einer möglichst kalten Sole. Eine Soleerwärmung durch den Abluftkollektor ist in diesem Fall nicht sinnvoll. Deswegen hat der ALK eine Sommer- oder Winterbetriebschaltung. Im Sommerbetrieb arbeitet der Abluftkollektor ausschließlich als Lüfter. Es läuft nur das Gebläse, die integrierte Solepumpe ist ausgeschaltet.
 
Schema - Abluftkollektor
AB Auffangbehälter
ALK Abluftkollektor
EWP Erdwärmepumpe
MAG Membran-Ausdehnungsgefäß
MAN Manometer
PALK Pumpe Abluftkollektor
P3 Solepumpe
RV Rückflussverhinderer
SV Sicherheitsventil
19 Wärmequelle (z.B. Erdsonde)
Quelle: Junkers - Bosch Thermotechnik GmbH
 
 
Erdwärmekörbe - Pinkl GmbH
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