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    Sole-Wasser-Wärmepumpe

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    Hinsichtlich der Energiequelle werden Wärmepumpen in drei Kategorien unterteilt, ein davon ist die Sole-Wasser-Wärmepumpe. Diese holt sich ihre Wärmeenergie aus dem Erdreich und wird daher auch als Erdwärmepumpe bezeichnet. Als Wärmeträger wird bei allen Wärmepumpenarten Wasser eingesetzt. Tief im Erdreich wird viel Sonnenenergie gespeichert und die Temperatur dort ist hoch und konstant. Lesen Sie in diesem Beitrag, welche Vorteile die Sole-Wasser-Wärmepumpe bietet.
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    1. Wie funktioniert eine Sole-Wasser-Wärmepumpe?

    Die Sole-Wasser-Wärmepumpe oder Erdwärmepumpe nutzt für ihren Betrieb die Wärme des Erdreichs. Dazu müssen je nach Art der Sole-Wasser-Wärmepumpe Sonden oder Kollektoren installiert werden, die ihrer Umgebung Wärme entziehen. Diese Wärmeenergie wird mit zusätzlicher elektrischer Energie erhöht und an das Wärmeträgermedium des Heizkreises (Wasser) übertragen. Bei einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe wird zuerst über einen Saugbrunnen Grundwasser nach oben gepumpt und anschließend wieder der Natur zurückgeführt. Eine Sole-Wasser-Wärmepumpe funktioniert dagegen auf andere Weise.

    1.1 Sole-Wasser-Wärmepumpe: Betrieb mit geschlossenem Kreislauf

    Bei einer Sole-Wasser-Wärmepumpe zirkuliert in den im Erdreich verlegten Rohren in einem geschlossenen Kreislauf immer ein und dieselbe Flüssigkeit. Dabei handelt es sich um ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, das Sole genannt wird. Im Wärmetauscher der Sole-Wasser-Wärmepumpe wird die Wärmeenergie auf das Heizwasser übertragen und der Kreislauf beginnt von vorne.

    1.2 Wie gewinnt die Sole-Wasser-Wärmepumpe ihre Wärmeenergie?

    Dies hängt davon ab, wie die Sole-Wasser-Wärmepumpe gebaut ist. Damit werden wir uns weiter unten näher beschäftigen, hier soll lediglich gesagt werden, dass eine Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Erdwärmesonde ihre Wärmeenergie dem Erdreich entzieht, wo durch den Zerfall radioaktiver Teilchen geothermische Energie (Erdwärme) entsteht. In Gegensatz dazu nutzt eine Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Flächenkollektoren vornehmlich Sonnenenergie, die sich das ganze Jahr über in Schichten knapp unter der Erdoberfläche (einige Meter tief) ansammelt.

    2. Welche Vorteile bietet die Sole-Wasser-Wärmepumpe?

    2.1 Die Sole-Wasser-Wärmepumpe ist sehr effizient

    Sole-Wasser-Wärmepumpen sind äußerst effizient und erreichen hohe Jahresarbeitszahlen. Am effizientesten ist die Variante mit Erdwärmesonde, doch im Durchschnitt erreichen Sole-Wasser-Wärmepumpen eine Jahresarbeitszahl von etwa 3,8. Da die Sole-Wasser-Wärmepumpe die konstante Wärme des Erdreichs nutzt, ist sie gut für den sog. monovalenten Betrieb geeignet. Das bedeutet, dass der Wärmepumpenkreislauf als einzige Wärmequelle für die Gebäudeheizung eingesetzt werden kann, ohne dass eine weitere Heizwärmequelle benötigt wird.

    2.2 Die Sole-Wasser-Wärmepumpe ermöglicht Gebäudekühlung

    Der zweite Vorteil besteht darin, dass die Sole-Wasser-Wärmepumpe – ebenso wie die Wasser-Wasser-Wärmepumpe – eine passive Gebäudekühlung im Sommer ermöglicht. Dies ist möglich, weil das Erdreich das ganze Jahr über eine konstante Temperatur beibehält, sodass es im Winter wärmer und im Sommer kühler ist als die Lufttemperatur. Diesen Umstand macht sich die Sole-Wasser-Wärmepumpe zunutze.

    3. Sole-Wasser-Wärmepumpe: zwei Bauarten

    Auf dem Markt sind verschiedene Arten von Sole-Wasser-Wärmepumpensystemen erhältlich, wobei die Topografie und die auf dem Grundstück vorhandenen natürlichen Ressourcen sowie der Energiebedarf des Haushalts die Wahl des Systems vorgeben. Grundsätzlich wird zwischen zwei Bauarten von Sole-Wasser-Wärmepumpen unterschieden: Wärmepumpe mit Erdwärmesonde (Vertikalkollektor) und Wärmepumpe mit Erdwärmekollektor (Flächenkollektor).

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    Die Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Erdwärmesonde entnimmt ihre Wärmeenergie tief im Erdreich, wozu Bohrungen von mehr als 100 m Tiefe erforderlich sind.

    4. Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Erdwärmesonde (EWS)

    4.1 Erdwärmesonde oder vertikaler Erdwärmekollektor

    Diese Bauart der Sole-Wasser-Wärmepumpe ist technologisch am anspruchsvollsten und damit auch am teuersten. Die Erdwärmesonde (kurz EWS, auch vertikaler Erdwärmekollektor genannt) ist ein extrem langes Rohr, das mehr als 100 m ins Erdreich eingelassen wird. Dazu muss ein sehr tiefes Bohrloch angelegt werden, was an sich schon einen erheblichen Kostenfaktor darstellt. Bei Systemen für Einfamilienhäuser werden üblicherweise 150 bis 300 m tiefe Bohrlöcher benötigt, für öffentliche Bauten und größere Gebäude muss schon mal 600 m oder noch tiefer gebohrt werden.

    Die erforderliche Tiefe der Bohrlöcher hängt auch von der Anzahl der Erdwärmesonden pro Gebäude ab – je weniger es sind, desto tiefer müssen sie eingebracht werden.

    4.2 Erdwärmesonde und Erdbohrung

    Vor Beginn der Bohrung muss ein Bodengutachten erstellt werden. Wenn die Bohrlöcher angelegt sind, werden mindestens zwei Erdwärmesonden ins Erdreich eingebracht – eine für die Versorgung und eine für die Ableitung. Beide werden an die Wärmepumpe angeschlossen. Durch die Rohre fließt ein Medium bzw. die namensgebende Sole, bei der es sich um ein Gemisch aus kaltem Wasser und Frostschutzmittel handelt. Die Sole wird in der Tiefe erwärmt und gelangt dann wieder an die Oberfläche zum Innengerät der Wärmepumpe. Dort wird sie im strombetriebenen Verdichter (Kompressor) verdichtet (komprimiert) und mithilfe von zusätzlicher elektrischer Energie auf eine höhere Temperatur (bis zu 65 °C) gebracht. Anschließend wird die Wärme im Verflüssiger (Wärmetauscher) an das Wärmeträgermedium des Heizkreises (Wasser) übertragen, das in die Heizkörper (Radiatoren) oder die Rohre der Fußbodenheizung fließt.

    4.3 Vor- und Nachteile der Erdwärmesonde

    Erdwärmesonden sind optisch sehr unauffällig. An der Oberfläche sind nur zwei Abdeckungen zu sehen, die sich leicht über dem Gelände erheben, und das Gras wächst überall, auch in unmittelbarer Nähe der Erdwärmesonde. Die Sonde nimmt nur eine geringe Fläche auf dem Grundstück ein, weshalb dieses System auch für sehr kleine Grundstücke geeignet ist. Da die Erdwärmesonde sehr tief in den Boden eingebracht wird, ist die Wärmequelle vollkommen zuverlässig und unterliegt keinen sich verändernden Oberflächeneinflüssen. Der Nachteil der Erdwärmesonde ist ihr Preis, denn dieses System stellt die teuerste Wärmepumpenbauart dar.

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    Horizontale Erdwärmekollektoren sind günstiger, nehmen aber größere Fläche auf dem Grundstück ein.

    5. Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Flächenkollektor

    5.1 Flächenkollektoren unmittelbar unter der Erdoberfläche

    Im Gegensatz zu Erdwärmesonden benötigen horizontale Erdwärmekollektoren keine tiefen Bohrungen. Sie befinden sich knapp unter der Erdoberfläche (etwa 1 bis 2 m tief) und nutzen die Wärme der oberen Erdschichten. Erdwärmekollektoren sind eigentlich großflächig unter der Geländeoberfläche verteilte Rohre, weshalb sie auch Flächenkollektoren genannt werden. Auf wie vielen Quadratmetern solche Horizontalkollektoren verlegt werden müssen, hängt vom Energiebedarf des Haushalts ab – eine größere Fläche liefert mehr Wärme.

    Horizontale Erdwärmekollektoren ziehen ihre Wärme aus den oberen Erdschichten und müssen mindestens 70 cm voneinander entfernt sein.

    Die Kollektoren sind mit dem Innengerät der Wärmepumpe verbunden, in dem die Temperatur angehoben und an das Heizwasser übertragen wird, das in die Räume fließt (zu Konvektoren, Fußboden- oder Wandheizung, Radiatoren, usw.).

    5.2 Vor- und Nachteile von Flächenkollektoren

    Flächenkollektoren sind zwar günstiger als Erdwärmesonden, doch sie nehmen eine viel größere Fläche ein, die nicht auf jedem Grundstück zur Verfügung steht. Deshalb sind sie vornehmlich für ländliche Grundstücke geeignet, auf denen viel Platz vorhanden ist. Ein großer Nachteil ist auch die Tatsache, dass aufgrund der höheren Bodentemperaturen oberhalb der Kollektoren das Gras sehr schlecht wächst. Dies kann das Grundstück optisch beeinträchtigen, insbesondere wenn die Mäander der Flächenkollektoren in unmittelbarer Nähe des Wohnhauses verlegt sind, sodass die Bewohner die unbewachsene Fläche ständig vor Augen haben. Der Vorteil von Flächenkollektoren liegt in der einfachen Installation des Systems und den niedrigen Kosten, die unterhalb der Installationskosten für Erdwärmesonden liegen.

    6. Wie viel kostet eine Sole-Wasser-Wärmepumpe?

    Wie bereits gesagt, stellt die Sole-Wasser-Wärmepumpe die teuerste Wärmepumpenart dar. Die genauen Kosten hängen von der Bauart ab. Wärmepumpen mit Erdwärmesonde kosten zwischen 11.500 und 19.000 EUR und die Installationskosten betragen zwischen 3.000 und 5.000 EUR. Vergessen Sie nicht, dass bei einer Erdwärmepumpe auch hohe Kosten für die Erschließung der Wärmequelle anfallen. Diese betragen etwa 6.000 bis 12.000 EUR. Insgesamt können die Kosten also auf über 30.000 EUR ansteigen. Allerdings können sie durch Förderungen von Bund und Ländern erheblich abgemildert werden.

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    Autor: Daibau Magazin

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