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Erneuerbare Energien

Horizontalkollektor als Eisspeicher

Heizen, kühlen und Fläche sparen mit dem Rohrabsorber

Mittwoch, 11.05.2022

Vertikalsonden gehen besonders dann ins Geld, wenn die Anzahl der Bohrungen eine geringe thermische Ergiebigkeit des Erdreichs kompensieren muss.

Das Bild zeigt den Verlegungsort.
Quelle: Terratech
Die Verlegetiefe des modularen Kollektortyps beträgt etwa 1,2 bis 1,5 m, die Grabenbreite 40 cm, der Abstand von Absorbermitte zur Mitte des parallelen Absorbers bei einem streifigen Feld 2 m. Soll das Erdreich im Sommer kühlen, darf der Graben 30 oder 40 cm tiefer sein.

Was tun, wenn es für den Standard-Horizontalkollektor als Alternative an Fläche mangelt? In Kerpen entdeckten die Eigentümer für die Umstellung ihres Mehrfamilienhauses von Öl auf Wärmepumpe eine geothermische Wärmequelle, die aufgrund der spezifisch großen Tauscherfläche der zylindrischen, Wasser gefüllten Absorber mit spezifisch kleinem Grundstück auskommt und darüber hinaus noch weitere Vorteile gegenüber klassisch horizontal verlegten Lösungen bietet.

Ein üblicher horizontaler Flächenkollektor aus dünnen Kunststoffrohren mit einer Rohrnennweite von 25 mm und einem Verlegeabstand von 60 cm entzieht einem Lehmboden nach den Tabellen des Bundesverbands Wärmepumpe (BWP) etwa 25 W/m2. Der Eigentümer eines Mehrfamilienhauses mit einer Heizlast von 25 kW respektive einem Erdwärmeanteil von 20 kW muss demnach mindestens 800 m2 umgraben lassen, damit die Bewohner bei Frost in ihrem Heim nicht frieren. Im Fall eines Neubaus, wenn das ausreichend große Grundstück noch Bauland ist, mögen diese 8 ar (1 ar = 100 m2) hinnehmbar sein.

Mittlerweile gibt es aber leistungsstärkere Entwicklungen in Form von durchströmten Zylindern oder Plattenelementen als Erdwärmeübertrager anstelle von dünnen Rohren. Diese Systeme kommen mit weit geringerer Fläche aus und machen deshalb erstens selbst kleine Grundstücke geothermietauglich, sollten die regionalen Verhältnisse keine Tiefenbohrungen zulassen oder erschweren, entweder aus Gründen des Trinkwasserschutzes oder weil die tieferen Schichten mangels Grundwasserstrom kaum Energie enthalten. Zweitens ruinieren sie im Bestand nicht den kompletten Garten. Vermutlich werden aus dieser Sorge heraus in der Vergangenheit viele Betreiber die weniger effiziente Option Luft/Wasser-Wärmepumpe gewählt haben.

Kein Grundwasser

Die hintereinander gereihten Module in bis 2 m Tiefe kommen, laut Angaben der Hersteller, im Mittel mit etwa einem Fünftel der Grundstücksfläche im Vergleich zur üblichen PE-Leitung aus. Der Markt der Alternativen sowohl zur Tiefenbohrung als auch zur gewöhnlichen horizontalen Rohrverlegung ist deshalb in Bewegung.

Die Quellenerschließung bedarf kleinerer Baumaschinen und keiner Zustimmung der Unteren Wasserbehörde. Sie wird im Zuge der Umstellung von Fossil auf Erneuerbar vom BAFA bezuschusst. Vor allem: Unter dem oberen Lehmboden darf sich auch speicherarmer Untergrund anschließen, da die Wärme nicht aus der Tiefe hochsteigt, sondern die Sonne die Heizenergie direkt in die Bodenoberfläche einstrahlt. Zu diesen leistungsstarken Alternativen gehören wassergefüllte und spiralförmig mit Sole durchflossene Absorberzylinder.

Eben wegen des geringen Wärmeinhalts der Tiefenmineralogie (Lockergestein) unter der Vorgartenwiese schied zur Sanierung eines Fünffamilien-Mietobjekts in Kerpen die Vertikalsonde aus. Die Eigentümer Waltraud und Rudolf Wolf mussten auf einen Flächenkollektor ausweichen. „Rheinbraun pumpt hier nahe dem Braun-kohle-Tagebau Hambacher Forst das Grundwasser auf 400 m ab. Da fließt nichts an Wärme nach. Wir brauchen die Sonne von oben für die Wärmepumpe“, nennt Rudolf Wolf den entscheidenden Grund für die horizontale statt der vertikalen Verlegung. Dass das im Prinzip generell gut funktioniert, wissen Bauherrin und Bauherr seit 40 Jahren.

Ihr Wohnhaus nebenan temperiert seit 1980 eine Waterkotte-Wärmepumpe, die sich aus einer 2,5 km langen Rohrschlange im Grundstück speist. „Wir hatten schon Winter mit -22 °C über einen längeren Zeitraum und keine Probleme mit der Raumtemperatur.“ Fläche für ein kilometerlanges Netz stand beim vermieteten Altbau jedoch nicht zur Verfügung. Zwischen Straße und dem rückversetzten Haus boten sich gerade mal rund 400 m2 als Wärmeübertrager „Sonne-Sole“ an.

Das Bild zeigt den Terrathech-Geothermie-Absorber.
Quelle: Terratech
Die thermodynamische Besonderheit des Terrathech-Geothermie-Absorbers liegt in der Zweistofffüllung, nämlich Wasser und Sole: Ähnlich einem Eisspeicher ist das einzelne Zylinderelement von 6 m Länge und 32 cm Durchmesser mit Wasser gefüllt. Die Sole führende Kunststoffrohrspirale im Zylinder geht als Vorlauf zur Wärmepumpe ab.

Weiterführende Informationen: https://www.terrathech.de/

Von Bernd Genath
Freier Journalist
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