Erdwärmekörbe / Eine Alternative zu Erdwärmesonden

Als primärer Energieträger wird schon seit längerem die Erdwärme genutzt. Diese scheint eine ökologisch und ökonomisch sinnvolle Lösung zu sein. Zur Gewinnung der Erdwärme kommen meist Erdwärmesonden zum Einsatz. Auch in einem von uns geplanten Objekt wollten wir auf einen solchen Wärmeerzeuger zurückgreifen. Dementsprechend haben wir auch diverse Vorabklärungen mit den zuständigen Behörden unternommen. Es zeigte sich, dass unsere Parzelle in einer Gewässerschutzzone liegt, da unser Grundstück in der nähe des Zürichseeufers ist. Es besteht also die Möglichkeit, dass wir auf Grundwasser stossen werden. Falls dies der Fall ist, muss die Bohrung abgebrochen werden, und wir müssen eine Alternative zu den Erdwärmesonden finden. Was also sind die Alternativen? Unser erster Gedanke war auf Erdgas umzusteigen da unser Grundstück bereits dementsprechend erschlossen ist. Der Bauherr wollte jedoch den Minergiestandart erreichen und eine ökologische Lösung finden.
Dies war die Ausgangslage für die Suche nach einer wirklichen Alternative. Dementsprechend suchte ich nach einer anderen Möglichkeit die geothermische Energie zu nutzen, und ich stieß dabei auf die Erdwärmekörbe. Diese sind relativ neu und in der Schweiz kaum verbreitet. Auch mir sind diese Körbe neu. Daher versuche ich in den kommenden Abschnitten zu erfahren, wie diese funktionieren? Was der Unterschied zu den Erdwärmesonden ist? Und ob diese in unserem spezifischen Fall eine wirkliche Alternative ist.


Funktion von Erdwärmkörbe

Jeder Erdwärmekorb besteht aus einem etwa 50 m langen, spiralförmig gewickelten Polyethylen-Rohr, welches UV-resistent und frostbeständig ist. Dieses Rohr wird auf ein korbförmiges Stützgerüst aufgebracht. Im Rohr zirkuliert eine Wärmeträgerflüssigkeit und nimmt die Wärme des umgebenden Erdreichs auf. Die kalte Wärmeträgerflüssigkeit fliesst im äusseren spiralförmigen Rohr des Korbes nach unten, um dem Erdreich die höchstmögliche Wärmemenge zu entziehen, und steigt dann im Innenrohr in der Mitte des Korbes nach oben zurück, um ein Abkühlen zu verhindern. Mittels eines Wärmetauschers gibt die Wärmeträgerflüssigkeit ihre Wärmeenergie an das Arbeitsmedium der Wärmepumpe ab, welche ihrerseits das Heizsystem mit Warmwasser versorgt.
Die Oberkante des Erdwärmekorbes kommt in eine Tiefe von 1.5 m zu liegen, damit sich der Wärmekorb in der frostfreien Zone des Erdreiches befindet. Die Erdwärmekörbe werden also in einer Tiefe von 1.5 bis 3 m in die Erde eingebracht und sind damit von den täglichen Temperatur-Schwankungen unbeeinflusst. Zudem verlaufen die jahreszeitlichen Temperaturschwankungen in dieser Tiefe nicht synchron mit der Oberflächentemperatur. In dieser Zone ist die Temperatur des Erdreiches im November am höchsten (ungefähr 13 °C), das heisst zu Beginn der Heizperiode, und sie ist am tiefsten zu Beginn des Sommers (ungefähr 7 °C), wenn die Heizung nicht mehr benötigt oder die Anlage eventuell zur Kühlung eingesetzt wird.
Weil Erdwärmekorb-Anlagen dem Erdreich Wärmeenergie entziehen, senkt sich dessen Temperatur im Laufe der Heizperiode ab. In den Sommermonaten muss sich deshalb ein neues thermisches Gleichgewicht einstellen. Durch die geringe Tiefe der Erdwärmekörbe ist eine Regeneration des Erdreiches vor allem durch Sonneneinstrahlung und das Versickern des Regenwassers möglich.
Ein Abstand von 4 m zwischen den einzelnen Erdwärmekörben wird eingehalten, um eine optimale Funktion der Anlage zu gewährleisten.
Für den Einbau von Erdwärmekörben wird mit einem Schaufelbagger ein Graben von 60 cm Breite und einer Tiefe von weniger als 1 m ausgehoben. Danach wird ein erstes Loch mit einer Tiefe von 3.5 m gegraben und darin ein Erdwärmekorb eingebaut, dessen Oberkante ungefähr 1.5 m unter die Erdoberfläche zu liegen kommt. Das Loch wird anschliessend mit Aushubmaterial aufgefüllt, das bei den Erdarbeiten angefallen ist, oder mit Sand, falls die Qualität des Aushubmaterials ungenügend ist. Im Abstand von 4 m wird ein weiteres Loch gegraben, in welches der nächste Erdwärmekorb eingebaut wird. Die Erfahrung hat gezeigt, dass optimalerweise drei Erdwärmekörbe in Serie hintereinander geschaltet und die einzelnen Gruppen parallel ausgerichtet werden sollten. Wenn die Erdwärmekörbe ins Erdreich eingebracht sind, werden diese untereinander verbunden und an die Wärmepumpe angeschlossen (Verteiler = kalte Seite und der Kollektor = warme Seite).

Vergleich Erdwärmekörbe und Erdwärmesonden

Erdwärmekörbe

+ Haben eine geringer Einbautiefe und liegen OK rund 1.5m unter Terrain

= Verhalten sich für ein Einfamilienhaus zu Erdwärmesonden kostenneutral

- Braucht flächenmässig mehr Platz. Im Vergleich mit horizontalen Erdwärmekollektoren ist der Flächengewinn jedoch rund 40%

- Die Basis der Erdwärmekörbe muss sich mindestens 2m über dem höchsten Grundwasserspiegel befinden

- Es gibt in der Schweiz noch keine Bewilligungsverfahren für solche Anlagen.

- In der Schweiz noch kaum eingesetzt. Es fehlen Erfahrungswerte

+ Kann auch in der Gewässerschutzzone eingebaut werden

+ Relativ konstanteTemperatur über das ganze Jahr

Erdwärmesonden

- Bohrungen bis zu einer Tiefe von 150m – 400m. Je nach Leistungsbedarf
= Verhalten sich für ein Einfamilienhaus zu Erdwärmesonden kostenneutral
+ Braucht flächenmässig kaum Platz
- Falls bei Bohrung auf Grundwasser gestossen wird, muss die Bohrung abgebrochen werden.
+ Bewilligungsverfahren vorhanden


Resume

Auf unser Projekt bezogen sind die Erdwärmekörbe eine echte Alternative. Der primäre Vorteil ist die geringe Einbautiefe. In unserem Fall verhilft uns dies nicht ins Grundwasser zu stossen, bzw. mehr als 2m über dem höchsten Grundwasserspiegel zu liegen kommen. Dies haben die Untersuchungen des Geologen gezeigt und sind in seinem Bericht erfasst. Somit ist der Einbau auch in der Grundwasserschutzzone möglich. Vom funktionalen Prinzip unterscheiden sich die Erdwärmesonde und die Erdwärmekörbe eigentlich kaum. Die benötige Fläche für den Einbau dieser Erdwärmekörbe können wir in unserem Grundstück aufweisen. Das einzige Problem ist momentan die Bewilligung für diese Art von Erdwärmenutzung. In unserem Kanton ist wie bereits erwähnt noch kein solches Bewilligungsverfahren vorhanden. Wir sind aber mit den zuständigen Behörden in Kontakt getreten und werden die Problematik besprechen und hoffen natürlich auf die Erdwärmekörbe zurückgreifen zu dürfen. Denn somit könnten wir unserem Bauherrn eine kostenneutrale und ökologische Alternative zu den Erdwärmesonden bieten.


Quellen

www.geothermie.ch
www.effiziente-waermepumpe.ch/wiki
www.wikipedia.org
www.empa-ren.ch/Geothermie


Projekt Handbuch Erdwärmekörbe / Autor und Koautoren Simone Bassetti, Ernst Rohner
im Auftrag des Bundesamts für Energie BFE

HSZ-T I A06A I Haustechnik I Rico Bänziger