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Wärmepumpen - Nutzung der Erdwärme

Wärmepumpen sind die verbreitetste Methode der Erdwärmenutzung, da für ihren effektiven Einsatz keine besonders warmen Stellen oder heißen Quellen nötig sind. Die Technik nutzt die Temperaturdifferenzen zwischen dem gleichmäßig warmen Erdreich und den hohen oder tiefen Temperaturen, die im Sommer oder Winter über der Erde herrschen.
Im Winter entzieht die Wärmepumpe dem Erdreich Wärme nach dem Funktionsprinzip des Kühlschranks. Eine im Boden vergrabene Schlaufe enthält eine Flüssigkeit, die die Wärme der Umgebung absorbiert. Die eigentliche Wärmepumpe im Keller des Hauses tauscht die Flüssigkeit in der Erdschlaufe aus und konzentriert die absorbierte niedrige Temperatur in einem geschlossenen Kreisprozeß durch zugeführte Antriebsenergie auf ein höheres und damit für Warmwasser oder Heizung nutzbares Temperaturniveau.
 Die Erdwärme kann sowohl für die Stromerzeugung als auch direkt zur Erwärmung von Heiz- oder Warmwasser genutzt werden. Welche Nutzung und Methode dazu in Frage kommt, ist abhängig von den konkreten Ressourcen am jeweiligen Ort.

Die Erdwärme Heiztechnologie erspart Ihnen jegliche feuerungstechnische Einrichtung wie Heizkeller, Tankraum und Kamin. Ihr persönlicher Lebensraum wird nicht mehr durch die Schadstoffe der eigenen Heizung belastet. Sie schonen die Ressourcen, leben mit gutem Umweltgewissen und Sie heizen wartungsfrei.

Heizen nach der "Kühlschrank-Methode"
Die Wärmepumpe macht es möglich, das Erdreich als Wärmequelle zu nutzen. Funktionieren tut sie nach dem Kühlschrank-Prinzip. Im Unterschied dazu wird eine Flüssigkeit, bestehend aus Wasser mit Frostschutzmittel, gekühlt, die durch Rohrschlangen im Erdreich zirkuliert. Die kalte Flüssigkeit nimmt Erdwärme auf, kommt zurück zur Wärmepumpe, wird erneut gekühlt und der Kreislauf beginnt von vorne. Die dem Kühlmittel, letzten Endes dem Erdreich, durch das Kühlschrank-Prinzip entzogene Wärme wird von der Wärmepumpe auf eine höhere Temperatur transformiert und an das Wasser im Heizungs-Kreislauf abgegeben. Die abgegebene Wärme ist exakt die aus dem Erdreich gewonnene Wärme zuzüglich dem Wärmeäquivalent der Antriebsenergie. Das alles arbeitet im geschlossenen Kreislauf und ist wartungsfrei auf Dauer. Die Heizkosten beschränken sich dabei auf den bescheidenen Bedarf an elektrischer Antriebsenergie, der mit fallendem Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Wärmenutzung noch weiter fällt. Gerade in diesem gesetzmässigen Zusammenhang liegt die Stärke unserer ganzheitlichen Lösungen, die so konzipiert sind, dass jederzeit mit kleinstmöglichen Temperaturdifferenzen geheizt wird.

Investitionen, die sich lohnen
Erdwärme Heizungstechnologie erfordert trotz der enormen Energieeinsparung keine höheren Investitionen als zum Beispiel eine Ölheizungsanlage. Zwar müssen im Erdreich die Rohre für das Kältemittel verlegt werden - dafür spart man den Öltank und den Raum dafür.
Und längst hat auch die öffentliche Hand den ökologischen Wert der Wärmepumpenheizung erkannt. Konsequenterweise wird die Wärmepumpenheizung von vielen Energieversorgungsunternehmen finanziell gefördert.

Sparsam im Betrieb
Viele Kosten, die andere Heizsysteme mit sich bringen, fallen bei der Wärmepumpenheizung ganz flach: der Schornstein z.B. Kein Schornstein, d.h. keine Gebühren für den Schornsteinfeger. Kein Öltank, d.h. keine Kosten für Reinigung und Wartung. Automatische Regelung, d.h. keine Kosten für die Einstellung der Heizung. Die Betriebskosten bei der Wärmepumpenheizung von WATERKOTTE Erdwärme Heizungstechnologie sind deshalb erstaunlich klein.

Quelle: www.waterkotte.de

Funktion

Eine Flüssigkeit, das kann z.B. ein herkömmliches Kältemittel oder Propan sein, wird in einem geschlossenen Kreislauf mit unterschiedlichen Drücken geführt. Bei niedrigem Druck nimmt das Arbeitsmedium im Verdampfer die Wärme aus der Umgebung auf, dann wird sie mit einer Pumpe auf ein höheres Druck- und Temperaturniveau gebracht. Im Verflüssiger gibt das Arbeitsmedium die Wärme an einen Heizkreislauf ab und kühlt sich dabei ab. Ein Drosselventil senkt den Druck, die Temperatur fällt weiter ab, das Arbeitsmedium kann dann wieder dem Verdampfer zugeführt werden.

Technische Ausführungen

Am weitesten verbreitet sind sogenannte Kompressionswärmepumpen, die meist elektrisch angetrieben werden. Die Verdichter sind häufig als Kolbenmaschinen ausgeführt, daneben kommen auch Rollkolben- und Schraubenverdichter zum Einsatz, die für eine Drehzahlregelung gut geeignet sind. Kleinwärmepumpen zur Brauchwassererwärmung und Heizung von Einfamilienhäusern werden meist von Elektromotoren angetrieben, größere Anlagen auch von Gasmotoren. Diese Gasmotoren, die konventionellen Verbrennungsmotoren gleichen, haben den Vorteil eines hohen primärenergetischen Wirkungsgrades, außerdem kann mit dem Kühlwasser des Motors die Heizungstemperatur weiter angehoben werden. Allerdings sind die spezifischen Investitionskosten wie auch der Betriebs- und Wartungsaufwand gemeinhin höher.

Von Kompressionswärmepumpen sind Absorptionswärmepumpen zu unterscheiden. Bei ihnen ist der mechanische Kompressor durch einen thermischen Verdichter, der mit einem Zweistoff-Gemisch arbeitet, ersetzt. Die Absorptionswärmepumpe kann von jeder Art thermischer Energie mit ausreichend hohem Temperaturniveau betrieben werden, also z.B. mit Heizöl, Erdgas oder auch Biobrennstoffen. Sie zeichnet sich durch einen wartungsarmen Betrieb aus, da außer einer kleinen Lösungsmittelpumpe keine beweglichen Teile vorhanden sind. Absorptionswärmepumpen werden häufig in der Industrie zur Nutzung von Abwärme eingesetzt.

Wärmepumpen können in unterschiedlicher Form die Umgebungswärme anzapfen:
Am häufigsten wird die Energie der Umgebungsluft genutzt. Vorteilhaft hierbei ist, daß Luft überall und jederzeit verfügbar ist. Nachteilig ist, daß die Umgebungsluft immer dann am kältesten ist, wenn der Wärmebedarf am höchsten ist, nämlich im Winter. Und das mindert den Ertrag der Wärmepumpe. Denn je größer die Temperaturunterschiede zwischen Wärmequelle, hier also Luft, und der Nutzwärme, um so mehr Energie ist bei gleichem Ergebnis zum Antrieb der Pumpe notwendig.

Energetisch günstiger ist daher z.B. das Erdreich als Wärmequelle. In 1-2 m Bodentiefe sinken die Temperaturen auch im Winter gewöhnlicherweise nicht unter 5°C. Mit im Erdreich verlegten Rohren, die von einer Sole durchflossen werden, kann die Energie aufgenommen und der Wärmepumpe zugeführt werden. Der Temperaturhub der Wärmepumpe kann so übers Jahr relativ konstant gehalten werden, der Energieeinsatz bleibt niedrig. AIlerdings sind die Erdkollektoren, so werden die im Erdreich verlegten Rohre genannt, im Vergleich zur Nutzung der Luft teurer.

Eine andere mögliche Wärmequelle stellt Grundwasser dar. Die Temperatur von Grundwasser schwankt über das Jahr nur wenig, meist liegt sie im Bereich zwischen 8 und 15°C.
 Auch das Wasser vom Meer, von Seen und Flüssen ist, soweit zugänglich, als Wärmequelle für Wärmepumpen gut geeignet, in entsprechender Wassertiefe liegt die Temperatur gewöhnlich zwischen 2 und 1 °C.
Schließlich kann auch künstlichen Wärmequellen wie etwa Abwässer und Abluft die Energie entzogen werden. Da die Energie hier meist schon auf einem hohen Temperaturniveau liegt, ist der Einsatz von Wärmepumpen sehr günstig.

Quelle: www.energietag.de

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