Erdwärme, Heizungs- und Klimaanlagen

Heizen mit Erdwärme
Wärmepumpen (auch Erdwärmeheizung genannt) -
mit Wärme aus der Natur zukunftssicher heizen
Eine Wärmepumpe entzieht der Umgebung (Erdreich, Grundwasser, Luft) Wärme und gibt diese auf einem höherem Temperaturniveau wieder ab, so dass sie zur Wohnungsheizung und Warmwasserbereitung genutzt werden kann.

Die Arbeitsweise einer Wärmepumpe entspricht prinzipiell der eines Kühlschrankes - allerdings mit dem Ziel "Heizen" statt "Kühlen".

Die Arbeitsweise einer Wärmepumpe:
In einem geschlossenen Kreislauf innerhalb der Wärmepumpe befindet sich eine Flüssigkeit (das so genannte Kältemittel), die schon bei niedrigen Temperaturen verdampft. Zunächst liegt die Temperatur dieses Kältemittels unter der Temperatur der Wärmequelle (Erdreich, Grundwasser, Umgebungsluft). Deshalb kann das Kältemittel Wärme aufnehmen, dabei verdampft es. Eine nachgeschaltete Pumpe (Verdichter) erhöht den Druck des verdampften Kältemittels, dabei steigt die Temperatur (wie bei einer Fahrradluftpumpe, wenn beim Pumpen Druck aufgebaut wird). Jetzt kann Wärme an die Heizung abgegeben werden, denn die Temperatur des unter hohem Druck stehenden Kältemitteldampfes ist nun höher als die Temperatur des Heizungswassers. Der Kältemitteldampf kühlt sich dabei ab und wird wieder flüssig. Danach wird der hohe Druck in einem Expansionsventil wieder abgebaut, das Kältemittel kühlt sich dabei weiter ab und kann erneut Wärme aus der Umwelt aufnehmen. Der Kreislauf beginnt von vorn. Von der Wärme, die eine Wärmepumpe zum Heizen abgibt, stammen drei Viertel aus der Umwelt. Das restliche Viertel wird als elektrischer Strom für den Antrieb der Wärmepumpe zugeführt und im Verdichter in Wärme umgewandelt.

Wärmequellen
Für die Nutzung der Umgebungswärme stehen die Wärmequellen Erdreich, Grundwasser und Umgebungsluft zur Verfügung.
Die im Erdreich gespeicherte Sonnenenergie kann entweder über großflächig horizontal verlegte Erdkollektoren oder über Erdsonden, die durch entsprechende Bohrungen senkrecht in eine Tiefe von bis zu 100 Metern eingebracht werden, nutzbar gemacht werden. Diese Variante stellt in Deutschland die häufigste Lösung dar. Außerdem ist es möglich, Wärme aus dem Grundwasser (Brunnen) zu beziehen. In diesem Fall wird aus einem Förderbrunnen Wasser entnommen und nach dem Wärmeentzug in einen Schluckbrunnen zurückgeführt. Bei Nutzung der Außenluft als Wärmequelle wird diese über einen Luftkanal angesaugt, in der Wärmepumpe abgekühlt und wieder an die Umgebung abgegeben.

Kühlen mit der Wärmepumpe
Einige Wärmepumpen können auch zur Kühlung eines Gebäudes eingesetzt werden. Dabei kann zwischen zwei unterschiedlichen Methoden unterschieden werden:

Umkehrbarer Betrieb: Die Funktionsweise der Wärmepumpe wird umgekehrt und entspricht dann genau der eines Kühlschrankes. Häufig wird diese Art der Kühlung auch als "reversibler" Betrieb der Wärmepumpe bezeichnet.

Direkte Kühlung: Im Sommer sind die Temperaturen im Inneren der Gebäude in der Regel höher als im Erdreich oder im Grundwasser. Dann können die niedrigeren Temperaturen des im Winter als Wärmequelle dienenden Erdreichs bzw. Grundwassers zur direkten natürlichen Kühlung des Gebäudeinneren genutzt werden. Das Kältemittel nimmt die Wärme aus dem im Winter aus Heizung dienenden System auf und führt sie nach außen ab. Bei dieser auch als "Natural Cooling" bezeichneten Funktion ist die Wärmepumpe bis auf Regelung und Umwälzpumpen ausgeschaltet, dadurch ist es eine besonders energiesparende und kostengünstige Methode der Gebäudekühlung.

Installation und Betrieb
Im Gegensatz zu anderen regenerativen Energien wie Solar- oder Windenergie steht die Umgebungswärme ganzjährig und rund um die Uhr zur Verfügung. Moderne Wärmepumpen sind so ausgelegt, dass sie auch an kalten Wintertagen den gesamten Wärmebedarf eines Hauses (Heizung und Warmwasser) monovalent, das heißt ohne weitere Wärmequellen, komplett sicherstellen können. Damit stellt eine Wärmepumpe eine echte Alternative zur konventionellen Heizung dar. Die gilt auch für die Modernisierung älterer Gebäude, denn Wärmepumpen können Vorlauftemperaturen bis 65 Grad erreichen und dadurch nicht nur mit Fußbodenheizungen, sondern auch mit konventionellen Heizkörpern betrieben werden. Außer der Einbindung des Heizkreises (Vorlauf, Rücklauf) und des Primärkreises (z.B. Solevor- und -rücklauf) sowie einem Drehstromanschluss sind keine weiteren Installationsarbeiten notwendig. Die gegebenenfalls notwendigen Arbeiten zur Erstellung des Primärkreises (z.B. Einbringung der Sondenbohrung) werden von Spezialunternehmen übernommen. Wärmepumpen, die die Umgebungsluft nutzen, sind in dieser Hinsicht besonders einfach zu installieren.