Erdwärmekollektor
Aufbau
Ein Erdwärmekollektor besteht aus Polyäthylen Kunststoffrohren die horizontal in einer Tiefe von 1.0 - 2.0 m flächig verlegt sind. Die Rohre haben üblicherweise Durchmesser von 25 oder 32 mm und sind in mehreren, gleich langen Schleifen von je 100 - 200 m Länge in 0.5 bis 0.8 m Abstand zueinander angeordnet. Beim Sammler bzw. Verteiler werden die einzeln absperrbaren Schleifen je auf die Sammelleitungen zusammengeführt die zu der Wärmepumpe führen.
Durch die Rohre zirkuliert ein Wasser-Frostschutz Gemisch (sog. Sole) das im Erdboden Wärme aufnimmt und sich dabei erwärmt, die es in der Wärmepumpe wieder abgibt.
Ein Erdwärmekollektor darf nicht überbaut werden, da ansonsten der Wärmenachschub nicht mehr gewährleistet werden kann. Eine Bebauung wirkt als Isolation. Bei einem Erdkollektor fliesst die Wärme direkt von oben nach im Gegensatz zu der Erdwärmesonde wo der Wärmefluss grösstenteils von der Seite erfolgt.
Leistung
Die Leistung eines Erdkollektors hängt von dessen Fläche und den verbauten Rohrmetern ab. Grosse Fläche und viel Rohrmeter erhöhen die Soletemperatur bei gegebener Entzugsleistung. Ist die Fläche begrenzt, kann eine dichtere Verlegung oder Verlegung in zwei Ebenen unterschiedlicher Tiefe bis zu einem gewissen Grad eine Mehrleistung bringen. Eine Faustregel besagt, dass ungefähr das doppelte an Fläche gebraucht wird wie die zu beheizende Wohnfläche. Diese Faustregel ist jedoch wenig nützlich für die Auslegung eines Erdwärmekollektors, da dessen Leistungsfähigkeit stark von der Bodenbeschaffenheit abhängt. In Tabelle kann die mögliche Entzugsleistung pro Quadratmeter für verschiedene Bodentypen und jährlichen Betriebsstunden entnommen werden.
| Untergrund \ Betriebsstunden | 1800 h/a | 2400 h/a |
| Trockener, nichtbindiger Boden | 10 W/m2 | 8 W/m2 |
| Feuchter, bindiger Boden | 20-30 W/m2 | 16-24 W/m2 |
| Wassergesättigter Sand/Kies | 40 W/m2 | 32 W/m2 |
Tabelle 1: Flächenspezifische Entzugsleistungen für einen Erdwärmekollektor nach VDI 4640
Die optimale Verlegetiefe ist abhängig von der Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit des Bodens und der spezifischen Entzugsleistung [ RAMMING07 ]. Je höher die Entzugsleistung und je geringer die Wärmekapazität desto weniger tief liegt die energetisch optimale Verlegetiefe. Dies liegt daran, dass die im Erdboden gespeicherte Wärme rascher aufgebraucht ist und Wärme von der Erdoberfläche nachfliessen muss. Die Temperatur in der Kollektorebene sinkt dabei unter die Temperatur der Bodenoberfläche. Mit zunehmender Tiefe zum Optimum hin steigt die durchschnittliche Soletemperatur rasch an, während sie in grösserer Tiefe als das Optimum nur noch langsam absinkt [ RAMMING07 ]. Daher ist im Zweifelsfall eine eher zu tiefe Verlegung weniger kritisch als eine zu wenig tiefe.
Die Temperatur des ungestörten Erdreichs in einer Tiefe von ca. 1.5 m liegt im Bereich von 2 °C und ist tiefer als bei Erdsonden mit rund 10 °C oder mehr (je nach Länge). Daher sind bei einem Flächenkollektor im Winter im allgemeinen tiefere Soletemperaturen zu erwarten als bei Erdwärmesonden. Er ist dafür günstiger in der Erstellung, benötigt jedoch wesentlich mehr Platz.
Alternativen zum Erdkollektor können Erdwärmekörbe oder ein Grabenkollektor sein, die weniger Platz brauchen und ähnliche Leistung bringen.
