Als Sole/Wasser-Wärmepumpe bezeichnet man eine Wärmepumpe, die dem Erdreich Energie entzieht und dem Heizungswasser als nutzbare Energie zur Verfügung stellt. Dabei gilt auch hier: Je geringer die benötigte Vorlauftemperatur ist, umso effizienter arbeitet die Wärmepumpe und umso geringer sind die Betriebskosten.
Die Rohrleitungen bei Sole/Wasser-Wärmepumpen werden mit einem Frostschutz/Wasser-Gemisch gefüllt (daher der Name: Sole/Wasser-Wärmepumpe).
Dem Erdreich kann auf verschiedene Art und Weise Energie entzogen werden:
Ringgrabenkollektor
Diese Art des Flächenkollektors hat sich in den letzten Jahren als sehr wirtschaftlich herausgestellt.
Ein Kollektorrohr wird in Ringen in einem Graben verlegt. Die Verlegetiefe beträgt ca. 1,8 m und die Grabenbreite beträgt ca. 2m.
Die zu verlegende Fläche und die Verlegeart des Ringgrabenkollektors wird für jedes Projekt eigens berechnet, da hier sehr viele verschiedene Parameter Einfluss auf die Funktion des Ringgrabenkollektors nehmen. Der Ringgrabenkollektor wird im Neubau sehr häufig als günstige Alternative zur Luftwärmepumpe verwendet.
Flächenkollektor
Diese Art des Flächenkollektors wird als Rohrleitungssystem im Garten verlegt. Hier ist auf eine genaue Abstimmung bei der Auslegung auf das vorhandene Erdreich zu achten. Ein kleiner Nachteil ist die große Fläche, die für diese Art der Wärmegewinnung notwendig ist. Das ist auch der Grund, warum diese Art in der Vergangenheit immer weniger an Bedeutung gewonnen hat (da auch die Grundstücksgrößen immer kleiner werden und die Anzahl der Kunden, die ein eigenes Pool im Garten haben wollen, immer größer wird).
Verlegetiefe des Kollektorrohres: ca. 1,2 m
Tiefenbohrung
Hier wird das Kollektorrohr senkrecht in die Tiefe verlegt. Mittels Bohrgerät wird auf eine Tiefe bis zu 100m eine Bohrung hergestellt, wo das Rohr verlegt wird. Wir sprechen hier von Sonden. Je nach benötigter Leistung werden mehrere Sonden gebohrt, die in einem Schacht zusammengeführt werden und dann als gemeinsame Leitung in das Haus geführt werden. Die Berechnung der Anzahl der Sonden und die benötigte Bohrtiefen hängt vom Energiebedarf des Hauses ab und muss gesondert berechnet werden. Im Vorfeld muss abgeklärt werden, ob eine Tiefenbohrung auf dem gewünschten Grundstück seitens der Behörde auch zulässig ist.
Was ist eine Sole-Wasser-Wärmepumpe?
Bei Sole/Wasser-Wärmepumpen kommt ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel zum Einsatz, welches als “Sole” bezeichnet wird. Diese Sole bildet zusammen mit sogenannten Erdkollektoren das Medium, um Wärmeenergie direkt aus dem Erdreich zu extrahieren. Dabei dient der Boden als stetige und erneuerbare Wärmequelle bzw. Wärmespeicher.
Möglichkeiten der Wärmeaufnahme
Um die Wärmeenergie aus der Erde aufzunehmen, werden bei der Sole/Wasser Wärmepumpe entweder Sonden oder Kollektoren als Medium verwendet. Beide Methoden ermöglichen einen effizienten Wärmeaustausch zwischen dem Boden und dem System.
Erdsonden oder auch Tiefenbohrungen genannt
Erdsonden sind lange Rohre, die vertikal tief in den Boden eingeführt werden und in denen das Sole-Gemisch zirkuliert, um die Wärme aufzunehmen. Sonden eignen sich besonders, bei kleineren Grundstücken, wo weniger Platz zur Verfügung steht.
Kollektoren
Die zweite Möglichkeit sind sogenannte Kollektoren, in Form von Flächenkollektoren oder Ringgrabenkollektoren. Bei dieser Lösung werden keine tiefen Bohrungen nötig. Sie werden horizontal in geringerer Tiefe verlegt (je nach Art zwischen 1,2m und 2,0m) und eignen sich besonders für Standorte mit verfügbarer Fläche. Ringgrabenkollektoren kommen im Vergleich zu Flächenkollektoren mit geringerer Fläche aus bei höherer Entzugsleistung.
So funktioniert eine Erdwärmepumpe
Die Funktionsweise der Wärmepumpe-Sole/Wasser läuft in mehreren Schritten ab, die zusammen einen kontinuierlichen, geschlossenen Zyklus bilden. Hier kurz und prägnant erklärt:
1. Wärmeaufnahme und Verdampfung
Die Sole, die durch Sonden oder Kollektoren Energie aus dem Erdboden aufgenommen hat, fließt in einen der beiden Wärmetauscher der Wärmepumpe. Dort gibt sie ihre Wärme an das Kältemittel ab. Durch diese Wärmezufuhr alleine verdampft das Kältemittel, da es unter diesen Bedingungen seinen Aggregatzustand von flüssig zu gasförmig wechselt.
2. Kompression des Kältemittels
Nun kommt es zur Komprimierung des verdampften, gasförmigen Kältemittels. Das geschieht dadurch, dass das Kältemittel in den Kompressor der Sole/Wasser-Wärmepumpe überführt wird. Dieser komprimiert das Kältemittel, wodurch sich dessen Temperatur erheblich erhört. Übrigens wird auch hier keine externe Energie angewandt, um das Kältemittel zu erhitzen. Die reine Kompression auf Basis der Thermodynamik, reichen aus.
3. Kondensation und Wärmeübertragung
Nach der Kompression tritt das indessen heiße Kältemittel in den Kondensator ein, der zweite Wärmetauscher. Hier gibt das heiße Kältemittel seine Energie an das Wasser des Heizsystems ab. Die Räumlichkeiten können soeben geheizt werden. Da das Kältemittel bei dieser Wärmeabgabe abkühlt, wechselt es seinen Zustand erneut und kondensiert zu einer Flüssigkeit.
4. Ein geschlossener Zyklus
In der letzten Phase des Prozesses wird das inzwischen wieder flüssige Kältemittel durch ein Expansionsventil geleitet. Dieser Schritt führt zu einem signifikanten Druckabfall, bei dem das Kältemittel abkühlt und es wieder in den Ausgangszustand versetzt – bereit für den nächsten Zyklus der Sole-Pumpe.
Vorteile der Sole-Wasser-Wärmepumpen
Nachteile der Erdwärmepumpe
Eine Investition – die sich auszahlt
Anfangsinvestition & Unabhängigkeit
Obwohl die Anfangsinvestitionskosten für eine Sole/Wasser-Wärmepumpe höher sein können als bei anderen Wärmepumpentypen, werden die Betriebskosten durch die hohe Effizienz des Systems und eine eventuelle Kombination mit einer Fotovoltaikanlage langfristig erheblich reduziert.
Langfristige Vorteile
Die langfristigen Vorteile einer Sole/Wasser-Wärmepumpe umfassen eine lange Lebensdauer und einen geringen Wartungsaufwand. Dies macht sie zu einer nachhaltigen und wirtschaftlich sinnvollen Lösung für die Raumheizung, Raumkühlung und Warmwasserbereitung