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Erdwärmepumpe

Kleine und kompakte Gehäuse für Innenaufstellung in Privatwohnungen, Häuser.
Der Fall und die Technik wird entwickelt, um Geräusche so weit wie möglich verringern.
GDH Wärmepumpen sind mit Heizung / Kühlung Modus und eine Funktion zur Brauchwassererwärmung ausgestattet.
Der Wärmepumpen-Manager kann optional über das Internet gesteuert werden (Ferndiagnose).
Es gibt auch Option für, einen Wärmezähler und auch für die Beheizung oder Kühlung Energieverbrauchberechner.

Kühlung und Heizung

Max. Austrittstemperatur bis zu 65 ° C

Steuerung von bis zu zwei Heizkreise

Kostengünstige Lösung für Warmwasserbereitung

Beste wirtschaftliche Lösung für neue energiesparende Heizsysteme und Fußbodenheizung

GDH-ProController
> Steuerung von bis zu zwei Heizkreise
> Bussystem zur Ansteuerung von bis zu 8 weitere additonal Controller
> Manager mit Puffer-Funktion mehr
> Cascade Manager bis zu 8 Wärmepumpen
> Steuerung von bis zwei Kesseln oder Heizstrahlern
> Steuerung der solaren Warmwasserbereitung

Als Wärmequelle aus dem Erdreich (Erdwärmepumpen, Hybridsysteme) dienen:

Erdwärmekollektoren
sind in geringer Tiefe (zirka 1 bis 1,5 m, Abstand zirka 1 m) im Erdboden verlegte "Heizschlangen". Diese können jedoch im Winter massive Schäden hervorrufen, da bei lange anhaltendem Wärmeentzug sich um die Schlangen ein Eisklotz (eine Art Permafrost) bildet. Bei zu sehr beanspruchten Kollektoren taut das Kollektorfeld auch im Sommer nicht mehr vollständig auf. Die Entzugsleistung hängt sehr von oberflächlichen Gegebenheiten ab, wie zum Beispiel Sonneneinstrahlung, Regen, Frost, etc.

Erdwärmesonden
(z.B. CO2-Sonden) sind Bohrungen in den Boden bis zu mehreren 100 Metern. Die meisten Bohrungen werden bis 50 Meter ausgeführt. Reicht die Leistung einer Erdwärmesonde nicht aus, werden mehrere Bohrungen auf Basis der gewünschten Entzugsleistung durchgeführt. Die Bohrungen sind die einfachste und zuverlässigste Methode, eine Wärmepumpe zu betreiben, da nicht der ganze Garten umgegraben werden muss (wie bei Kollektoren) und auch die Entzugsleistung am höchsten ist. Nachteilig wirken sich hier jedoch die enormen Kosten für die einzelnen Bohrungen aus.
Spiralkollektoren oder Erdwärmekörbe

Spiralkollektoren
vereinen den Vorteil der Erd(wärme)Sonden (geringer Flächenbedarf) mit denen der Flächenkollektoren/Erdwärmekollektoren (preiswerter als Tiefenbohrung). Besonders bei kleineren Grundstücken, die weder freien Platz für Flächenkollektoren noch eine breite LKW-Zufahrt für ein darauf montiertes Erdsonden-Tiefenbohrgerät haben, sind Spiralkollektoren daher eine Alternative.
Trinkwasserversorgungssystem.
Ein zweiter Anschluss an die Versorgungsleitung und ein Wärmetauscher sind dafür erforderlich. Wesentlicher Vorteil sind die geringen Investitionskosten von rd. 2.000 Euro. Das System steckt jedoch noch im Entwicklungsstadium.
Grundwasserwärmepumpe hierbei wird Grundwasser aus einem Förderbrunnen entnommen und durch einen so genannten Schluckbrunnen zurückgeführt. Hier ist die Qualität des Wassers von entscheidender Bedeutung für die Zuverlässigkeit des Systems. Es gibt Systeme, die das Grundwasser direkt durch den Verdampferwärmetauscher (aus Edelstahl) der Wärmepumpe führen können, und Systeme, die das Grundwasser erst durch einen vorgeschalteten Wärmetauscher (aus Edelstahl) leiten, bevor die Energie an den Verdampferwärmetauscher (oft aus Kupfer) abgegeben wird. Vor der Installation sollte eine Wasserprobe gezogen werden und mit den Anforderungen des Herstellers der Wärmepumpe abgeglichen werden. Durch die hinzukommenden etwas höheren Grundwasser-Temperaturen im Jahresmittel (ca. 9-11°C) können Grundwasser-Wärmepumpen so mit Jahresarbeitzahlen bis über 5 arbeiten, jedoch mit erhöhten Ansprüchen an den Wärmetauscher gegen Verockerung bzw. Oxidierung bei eisen- und manganhaltigem Wasser. Außerdem bedarf es in der Regel einer wasserrechtlichen Genehmigung (Wasserbehörde), da der Betrieb in diesem Fall einen Eingriff in den Grundwasserhaushalt bedeutet.

Hybridsysteme
Seit Jahren gibt es Systeme, die neben einer Wärmepumpe mindestens eine weitere - häufig regenerative - Wärmequelle nutzen. Der Markt bietet mittlerweile mehrere Lösungsansätze an, wobei sich grundsätzlich zwei Systemtypen unterscheiden lassen. Nahezu alle Anbieter setzen auf eigenständige und räumlich getrennte Komponenten, die über eine Regelungseinheit vernetzt sind. Erstmals seit 2008 gibt es auch Vollhybridsysteme, bei denen die unterschiedlichen Wärmeerzeuger in einem Gerät vereint sind. Beide Ansätze basieren aber auf demselben Grundsatz: Indem die unterschiedlichen Wärmequellen einander unterstützen, soll die Effizienz der Anlage insgesamt erhöht werden.
Eine erste Überlegung dabei ist, dass die Effizienz einer Wärmepumpenanlage umso höher ist, je geringer die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Heizung ausfällt. Diesen Effekt nutzen beispielsweise geo-solarthermische Systeme. Anhand einer in den Erdwärmekreis eingebundene Solaranlage wird überschüssige Solarenergie im Untergrund gespeichert. Dadurch steigt dann die Quellentemperatur und somit auch die Effizienz der Wärmepumpe. Die Entwickler des Systems sprechen von Energieeinsparungen durch geringeren Stromverbrauch der Wärmepumpe von mehr als 30 Prozent gegenüber einer Erdwärmesondenanlage ohne solare Regeneration. Bei der Verwendung horizontaler Erdkollektoren kann zudem durch die aktive Regeneration des Erdreichs die nötige Entzugsfläche reduziert werden, was Platz und Kosten spart.
Ein zweiter grundlegender Vorteil von Hybridsystemen liegt darin, dass durch die Kombination verschiedener Wärmequellen jährliche Temperaturschwankungen aufgefangen werden können. Das wird am Beispiel eines Wärmepumpen-Hybridsystems (ThermSelect) deutlich. Diese neue Wärmepumpengattung kombiniert Erd- und Luftwärmepumpe in einem Gehäuse, erlaubt aber auch die Einbindung von Solarthermie. Je nach Betriebsweise können die Energiequellen Luft und Erdwärme parallel oder alternativ genutzt werden. Erstmalig ist eine Wärmepumpe mit zwei Verdampfern ausgestattet, zum einen mit einem Außenluft-Verdampfer, zum anderen mit einem Sole-Verdampfer, die an den Wärmepumpenkreislauf angeschlossen sind. Ziel ist, passend zu den äußeren Bedingungen (wie der Außentemperatur) jeweils die wirtschaftlichste Wärmequelle einzusetzen. Verfügt die Luftwärmepumpe im Winter über zu wenig Umgebungswärme für einen wirtschaftlich sinnvollen Betrieb, greift die Anlage verstärkt auf Erdwärme zurück. Umgekehrt übernimmt die Luftwärmepumpe bei günstigeren Außentemperaturen die Heizarbeit. Dadurch wiederum regeneriert sich das Erdreich schneller und die Erdwärmepumpe kann effizienter arbeiten. Auch beim Wärmepumpen-Hybridsystem reduziert sich folglich die Zahl notwendiger Erdkollektoren im Vergleich zu einer reinen Erdwärmepumpe. Laut Anbieter sind je nach Anlagenkonzeption Jahresarbeitszahlen über 4,5 und Heizkosteneinsparungen von bis zu 60 Prozent möglich.
Die vergleichsweise hohe Komplexität von Hybridsystemen erfordert ein reibungsloses, energieoptimiertes Zusammenwirken der verschiedenen Anlagenkomponenten. Daher bieten alle Hersteller von Hybridlösungen intelligente Steuerungssysteme an, die das Zusammenspiel der Wärmequellen regeln.

Aufbau der Kreisläufe

Die Systemtypen können an der Anzahl der Fluidkreise unterschieden werden. Die Entkopplung der Kreise durch indirekte Zuführung der Verdampfungswärme aus der Umgebung und die Abfuhr der Verflüssigungsenergie über ein Warmwasserheizungsnetz sind regelungstechnisch vorteilhaft, die Kältemittelmenge und die Wahrscheinlichkeiten von Leckagen sind gering.
3-Kreis-System
Lange nutzten die Wärmepumpenheizungen diese Systemform. Sole wird als Übertragungsmedium genutzt, in Form einer Tiefenbohrung oder eines Flächenkollektors. Hierbei zirkuliert Sole in einem geschlossenen Kreislauf und nimmt die Wärme des Erdreichs auf, um sie in der Wärmepumpe an den Kältemittelkreislauf abzugeben. Im dritten Kreis, der Raumheizung, zirkuliert Wasser, das über einen Wärmetauscher durch die Wärmepumpe erwärmt wird.
2-Kreis-System
Sie werden auch Direktsysteme genannt, weil sie auf den Solekreis verzichten. Es entfällt der Wärmeübergang vom Kollektorkreis (Sole) auf den Arbeitskreis der Wärmepumpe. Das Kältemittel nimmt die Wärme direkt auf (Direktverdampfung). Dies bringt alleine einen energetischen Vorteil von wenigstens 5K. Zugleich kann auch die Solezirkulationspumpe entfallen, was sich in einem niedrigeren Stromverbrauch auswirkt. Beim Einsatz von Erdspießen als Wärmequelle ist die direkte Verdampfung nicht möglich; es muss ein Solekreis verwendet werden.
1-Kreis-System
Hierbei zirkuliert das Kältemittel in den Rohren der Raumheizung, in der Wärmepumpe und im Kollektor im Garten in einem gemeinsamen geschlossenen Kreis. Der Wärmeübergang auf Wasser als Heizmedium im Haus entfällt somit. Dieses System hat energetische Vorteile, da die Umwälzpumpe und der Temperaturabfall an dem Wärmeübertrager zum Heizkreis entfallen. Das Kältemittel wird in der Regel als Heißgas zu den Kollektoren der Fußbodenheizung geführt und kondensiert in dem Verflüssigersystem. Problematisch an dieser Anordnung sind:
" deutlich höhere Kältemittelfüllmengen,
" die aufwändige Verrohrung bedingt höhere Wahrscheinlichkeiten von Leckagen,
" problematische Ölrückführung aus dem Fußbodenkollektor,
" lastabhängige Kältemittelverteilung in dem Gesamtsystem,
" schwierige Regelung und gegenseitige Beeinflussung der Fußbodenkollektorflächen.
An die Realisierung dieses Systemtyps trauen sich bisher wenige (2007 etwa zwei bis drei) Hersteller heran, weil er systemtechnisch (Druck und Temperatur des Kältemittels und Laufzeit der Wärmepumpe) schwierig in den Griff zu bekommen ist.

Heizwasserverteilung/Zwischenlagerung

Wassertank einer Luft-Wasser-Wärmepumpenheizung in einem Einfamilienhaus sollten Wärmepumpen nicht genügend Leistung abgeben können, um den Heizwasserkreislauf direkt zu erwärmen, kann das Warmwasser zwischengelagert werden; dieses geschieht in einem großen wärmeisolierten Tank, einem Pufferspeicher. Dieser Tank fasst i.d.R. mehrere hundert Liter Wasser. Zur Erwärmung zirkuliert nun der Wasserstrom zwischen dem Tank und den Radiatoren bzw. der Fußbodenheizung. Die Wärmepumpe erwärmt das Wasser im Tank.
Deutschland
Der Marktanteil von Wärmepumpenheizungen im Neubau ist sehr landesspezifisch und betrug 2005 bundesweit durchschnittlich 10 %, wobei damals die Erdgekoppelte Wärmepumpe mit einem Anteil von etwa 40 % am erfolgreichsten war. Durch innovative Technologien und effizienteren Bauweisen und Funktionsprinzipien sind Wärmepumpen als Alternativen zu herkömmlichen Systemen auf Basis fossiler Brennstoffe sehr stark im Kommen. Gerade der Marktanteil der Luft-Wasser-Wärmepumpen ist stark gestiegen, da staatliche Zuschüsse, ein fester und begünstigter Wärmepumpen-Strompreis und nicht zuletzt die geringeren Investitionskosten diese Anlagen attraktiv machen. Vor allem bei Neubauten und Sanierungen werden immer häufiger diese Systeme den herkömmlichen Kesseln bevorzugt.
Österreich
Insgesamt wurden in Österreich von 1975 bis 2005 190.200 Wärmepumpenanlagen errichtet. Die meisten Wärmepumpen jährlich wurden in den Jahren 1986 und 1987 (mit über 13.000 Wärmepumpen pro Jahr) installiert.
Schweiz
In der Schweiz beträgt der Marktanteil bei Neubauten rund 75 %. Die spez. Kosten für die Heizwärme betragen mit einer Erdwärme nutzenden Wärmepumpe 3,9 Rp/kWh. (etwa 3,2 Cent/kWh), während eine konventionelle Ölheizung mit spez. Kosten von 7,9 Rp./kWh (etwa 6,6 Cent/kWh) zu veranschlagen ist. Eine staatliche Förderung ist somit überflüssig.

Direkte Investitionen

Die anfänglichen Investitionen in Wärmepumpenanlagen sind höher als in herkömmliche Kessel, in denen Gas oder Öl verfeuert wird. Dafür entfallen im Neubau Zusatzkosten wie ein Schornsteineinbau. Auch ein Lagerraum für den Brennstoff bei Öl, Pellets oder Holz entfällt.
Wärmepumpenheizungen auf Erdkollektor- bzw. Erdsonden-Basis sind aufgrund ihrer Installation (mehrere Bohrungen bis mind. 50 Meter, bzw. großflächiger Bodenaushub) recht kostenintensiv und können wirtschaftlich nur bei einem Neubau Verwendung finden. Speziell Erdkollektoren benötigen relativ große Grundstücke, was in Ballungsgebieten kaum zu verwirklichen ist. Bei kleinen Grundstücksflächen und für den Bestandsbau sind Spiralkollektoren/Erdwärmekörbe eine Alternative, dort zum Beispiel im Zuge einer energetischen Sanierung des alten Gebäudes.
Auch bei Wärmepumpen, die Grundwasser als Energiequelle benutzen, ist der Investitionsaufwand und die Anforderungen an die Grundstücksfläche hoch. In der Regel muss man einen Förderbrunnen und einen Schluckbrunnen (in einem Abstand von mindestens etwa 15 m annähernd in Grundwasserfließrichtung, Tiefe bis ausreichend unter Grundwasserspiegel) sowie die Erdverlegte Verbindungsleitung zur Anlage errichten. Die Brunnen werden mit einem Durchmesser von 15 bis 30 cm gebohrt oder bei hohem Grundwasser bis etwa 4 m als Brunnenschacht ausgeführt. Statt des Schluckbrunnens wird auch teilweise nur ein preiswerterer Sickerschacht gebaut, der allerdings die Grundstückswasserhaltung verändert und somit meist nicht zulässig ist. Weiterhin ist eine etwas höhere Pumpleistung der Förderpumpe notwendig, da die Höhenenergie des herauf gepumpten Wassers verloren geht. In einigen Gebieten ist aber die gleichzeitige Nutzung des Grundwassers zur sommerlichen Gartenbewässerung genehmigungsfähig. Die Kosten variieren sehr stark in Abhängigkeit von den baulichen Gegebenheiten. Zusätzlich fallen weitere Kosten für ein Bodengutachten und das Genehmigungsverfahren an.
Geringere Investitionskosten fallen bei Systemen an, die auf Luft-Wasser oder Luft-Luft basieren, denn die Kosten für Anschaffung sowie Installation sind deutlich geringer. Allerdings ist bei Luft-Wasser- oder Luft-Luft-Systemen mit einer erheblich schlechteren Leistungszahl im Winter zu rechnen, wodurch die Betriebskosten höher ausfallen als mit Erdsystemen. Daher eignet sich eine Luft-Wasser-Wärmepumpe gut zum bivalenten Betrieb mit einem bestehenden fossilen Heizsystem, das Spitzenlast und sehr niedrige Außentemperaturen abdeckt.
Als weitere Investition ist bei der Verwendung des günstigeren Heizstroms die Installation eines zweiten Stromzählers zu berücksichtigen, was bei Bestandsgebäuden eine Erweiterung des Stromkastens zur Folge haben kann.