Der oberflächennahe Erdkollektor besteht aus einem Rohrleitungssystem, das großflächig 20 bis 30 cm unterhalb der Frostgrenze in Serpentinen oder mäanderförmig verlegt wird. Die Verlegetiefe des Rohrsystems liegt bei etwa 1,3 bis 1,8 m. In dieser Tiefe herrscht eine durchschnittliche Jahrestemperatur von ca. 5 °C. Diese Temperatur ist abhängig von der Jahreszeit. Mit zunehmender Tiefe steigt diese Temperatur an.
Der Kollektor eignet sich besonders für Häuser mit einer ausreichend großen Grundstücksfläche. Die Wärmeentzugsleistung ist abhängig von der Bodenbeschaffenheit. Je feuchter der Boden, desto kleiner ist die benötigte Grundstücksfläche aufgrund des größeren Energieinhalts je m². Für ein Einfamilienhaus mit 150 m2 Wohnfläche und einem Heizleistungsbedarf von 4,5 kW werden etwa 200 m2 Grundstücksfläche benötigt. Hier dargestellt ist ein System mit zwei Kreisen. Mehrere Kreise werden nötig, wenn mit nur einem Kreis die maximale Solerohrlänge überschritten wird.
Auslegungsgrundlagen
Bei korrekter Dimensionierung von oberflächennahen Erdkollektoren sind die Einflüsse auf das umgebende Erdreich sehr gering. Die Abkühlung durch den Betrieb der Wärmepumpe ist nur vorübergehend. Im Sommer sind die Temperaturen identisch mit denen des unbeeinflussten Erdreiches (überwiegender Einfluss der Sonneneinstrahlung und Sickerwasser).
Bei erdgekoppelten Wärmepumpen mit oberflächennahem Erdkollektor kann eine Unterdimensionierung zu örtlich begrenzten negativen Auswirkungen auf die Vegetation führen. Eine kleinere Jahresarbeitszahl β ist die Folge. Im Extremfall kann die untere Einsatzgrenze der Wärmepumpe erreicht werden. Ein richtig dimensionierter Erdkollektor ist für einen störungsfreien Betrieb deshalb von äußerster Wichtigkeit. Bei der Auslegung von Erdkollektoren muss die Restförderhöhe der Solepumpe in der jeweiligen Wärmepumpe beachtet werden.
Im Allgemeinen sind die Kosten zur Erstellung des oberflächennahen Erdkollektors günstiger als die Kosten zur Erschließung einer Erdsonde.
Der oberflächennahe Erdkollektor ist bei Einsatz von aktiver Kühlung technisch problematisch und daher untersagt!
Genehmigungen
Durch den Bau und Betrieb einer Wärmepumpe mit oberflächennahem Erdkollektor kann in Ausnahmefällen ein erlaubnispflichtiger Benutzungstatbestand erfüllt sein. Erforderlich wäre dann eine Anzeige nach WHG in Verbindung mit der landesrechtlichen Regelung. Arbeiten, die über eine bestimmte Tiefe hinausgehen, können durch die Länder überwacht werden. In der Regel ist der Bau eines Erdkollektors jedoch nicht anzeigepflichtig.
Ferner sind folgende wasserwirtschaftlichen Ziele zu berücksichtigen:
- Die Soleflüssigkeit muss den Anforderungen der VDI 4640 Teil 1 entsprechen.
- Zulässig ist Propylenglykol (alternativ: Ethylenglykol) mit korrosionshemmenden Zusätzen, gemäß den Installationsanleitungen der Hersteller.
- Für Vaillant gilt: Erlaubt ist der Betrieb mit folgenden Soleflüssigkeiten: Wässrige Lösung mit 30 % ± 5 % vol. Ethylenglykol, wässrige Lösung mit 33 % ± 5 % vol. Propylenglykol.
- Auch wenn der Erdkollektor im Grundwasserbereich installiert wird, kann dem Einbau zugestimmt werden.
Vaillant
Angaben beruhen auf folgenden Voraussetzungen:
- 1.800 Jahresbetriebsstunden
- Arbeitszahl der Wärmepumpenanlage von 4
- Der Erdkollektor darf nicht überbaut werden
- Die Oberfläche über dem Erdkollektor darf nicht versiegelt sein
- Verlegetiefe im Bereich 1,3 – 1,8 m
Verlegung / Installation
- Die erforderliche Verlegefläche ergibt sich aus der berechneten Heizleistung und Zuschlägen des Objektes und nicht nach der Heizleistung der Wärmepumpe.
- Bei einem Erdaushub mit Gestein ist der Kollektor in ein Sandbett einzubringen, um eine Beschädigung zu vermeiden.
- Alle Kreise gleich lang wählen, bzw. bei ungleicher Länge Strangregulierventile einsetzen.
- Alle Kreise sollten parallel geschaltet werden.
- Bei Hanglage muss am höchsten Punkt im Kreis eine Entlüftung vorgesehen werden.
- Der Verlegeabstand der Vorlauf-/ Rücklaufleitung von der Wärmepumpe zum Schacht-Verteiler/-Sammler sollte mindestens 70 cm betragen.
- Die Bepflanzung kann, von tiefwurzelnden Bäumen abgesehen, normal erfolgen.
- Wegen der Schwitzwasserbildung sind alle Bauteile korrosionsfest auszulegen und wenn möglich außerhalb der Gebäudehülle zu installieren.
- Die Befüllung der Kollektoranlage darf nur mit dem fertig gemischten Wärmeträgermedium vorgenommen werden.
- Die Kreise sind einzeln bis zur kompletten Blasenfreiheit über ein offenes Gefäß zu spülen (siehe hierzu auch Befülleinrichtung Wärmepumpe).
