Flächenkollektoren für die Wärmepumpe

Erdwärmepumpen können auf unterschiedliche Arten thermische Energie aus dem Boden gewinnen. Eine davon sind Flächenkollektoren. Wir stellen Ihnen die Technik vor.

Das Wichtigste in Kürze

• Flächenkollektoren liefern Wärmepumpen die nötige Wärmeenergie zum Heizen.

• Der Einbau der Flächenausführung ist die kostengünstigste Variante der Erdkollektoren.

• Allerdings eignet sie sich aufgrund des Flächenbedarfs nur für große Grundstücke.
  

Was ist ein Flächenkollektor?

Damit Wärmepumpen – wie Sole- oder Erdwärmepumpen Wärme erzeugen können, müssen sie zunächst thermische Energie also Erdwärme sammeln. Dies ist mit sogenannten Erdkollektoren oder Erdwärmekollektoren möglich und es gibt je nach Verlegeart unterschiedliche Ausführungen. Eine davon sind Flächenkollektoren, die horizontal nahe der Oberfläche verlegt werden. Dabei handelt es sich um Kunststoffrohre, durch die ein frostschutzmittelhaltiges Wasser-Glykol-Gemisch fließt, das die im Boden gespeicherte Wärme aufnimmt und zu einer Wärmepumpe transportiert.

Die Wärmepumpe erhöht die Temperatur des Mediums und nutzt die gewonnene Wärme zur Beheizung von Gebäuden und zur Warmwasserbereitung. Bei guten Bedingungen können Flächenkollektoren aufgrund ihrer Oberflächennähe auch die Energie der Sonneneinstrahlung nutzen.

Unterschied zwischen Flächenkollektor und anderen Erdwärmesystemen

Neben den Flächenkollektor gibt es, wie bereits erwähnt, andere Kollektoren. Dazu gehören Erdwärmekörbe (auch Spiralkollektor genannt), Erdwärmesonden, Grabenkollektoren und Ringgrabenkollektoren. Und worin unterscheiden sie sich?

Erdwärmekörbe

Erdwärmekörbe funktionieren ähnlich wie Flächenkollektoren für Wärmepumpen. Sie werden jedoch etwas tiefer verlegt – ein bis vier Meter. Die Rohrschlangen sind aufgewickelt und haben Ähnlichkeit mit einem Korb – daher der Name für diese Variante des Erdkollektors. Im Inneren zirkuliert ebenfalls ein Solegemisch, das die Wärmeenergie der Wärmequelle an die Wärmepumpe überträgt. Erdwärmekörbe sind platzsparend und können auch in Hanglagen installiert werden. Geeignet ist diese Ausführung für Wärmepumpen in kleineren bis mittleren Gebäude mit mittlerer Fläche auf dem Grundstück.

Erdwärmesonde

Erdsonden arbeiten ebenfalls ähnlich wie Flächenkollektoren. Jedoch werden die Erdwärmesonden anders verlegt. Durch eine Bohrung werden sie in einer Tiefe von 40 bis 100 Metern im Erdreich angebracht. Sie benötigen daher weniger Fläche auf dem Grundstück und nutzen den Vorteil einer konstanten Temperatur der Wärmequelle in der Tiefe und sind unabhängiger von der Bodenbeschaffenheit an der Oberfläche. Für die Montage von Erdsonden benötigen Sie in den meisten Fällen eine Genehmigung. Zudem sind mit einer Erdwärmebohrung hohe Kosten verbunden.

Grabenkollektoren

Beim Grabenkollektor werden die Leitungsschläuche parallel übereinander an senkrechten Gittern in etwa 2,5 bis 3 Meter tiefen Gräben verlegt. Während Böden mit geringer Bindigkeit nur wenig Energie an den Erdkollektor abgeben, bieten feucht-gesättigte, bindige Böden eine hohe Entzugsleistung. Auch der Grabenkollektor benötigt zwischen den Heizperioden eine thermische Regeneration des Erdreichs durch Sonneneinstrahlung und Regenwasser. Der Kollektor sollte daher auf einem gut besonnten, nicht versiegelten oder bebauten Grundstücksteil installiert werden.

Ringgrabenkollektoren

Diese Variante der Erdkollektoren verwenden ebenfalls Rohre als Wärmetauscher, die nur knapp unter der Erdoberfläche liegen – etwa 1,5 bis 2 Meter. Der Hauptunterschied bei dieser Art der Grabenkollektoren ist die Verlegung der Rohre. Sie liegen nicht auf einer Fläche, sondern in Schlaufen in einem Graben. Dieser verläuft rund um das Grundstück. Durch die andere Anordnung lässt sich Platz einsparen und eignet sich für Einfamilienhäuser auf mittleren Grundstücken.

Aufbau von Flächenkollektoren

Flächenkollektoren für Wärmepumpen bestehen aus horizontal verlegten Rohren aus Kunststoff. Sie liegen in einer Tiefe von 1 bis 1,5 Meter auf dem Grundstück. Der Abstand zwischen den Rohrschleifen beträgt zwischen 70 und 80 Zentimeter, um eine gleichmäßige Wärmeentnahme aus dem Boden zu gewährleisten. Die Verlegung kann auf drei Arten erfolgen: schneckenförmig, mäanderförmig oder nach dem Tichelmann-Prinzip. Man kann sich das Aussehen der Kollektorfläche wie eine Fußbodenheizung vorstellen. In den Rohren fließt die sogenannte Sole – ein Gemisch aus Wasser und Glykol. Diese nimmt die Erdwärme auf und transportiert sie zur Wärmepumpe.

Vor- und Nachteile von Flächenkollektoren für Wärmepumpen

Wer bei der Verlegung von Erdwärmekollektoren Kosten einsparen möchte, fährt mit Flächenkollektoren am günstigsten. Diesen Vorteil erhält die Verlegeart durch das günstige Material und die geringe Verlegetiefe. Zudem sind die Rohre leicht zu verlegen und Sie benötigen für die Arbeiten normalerweise keine Genehmigungen. Im Vergleich zu herkömmlichen Heizsystemen haben Flächenkollektoren einen sehr hohen Wirkungsgrad. Sie lassen sich überdies effizient und umweltfreundlich betreiben. Ebenso ist eine Nutzung auf abschüssigem Gelände möglich und neben der Heizleistung kann mit dem System auch das Haus gekühlt werden.

Ohne Nachteile gibt es die Flächenkollektoren für Wärmepumpen natürlich nicht. Ganz oben auf der Liste steht dabei der hohe Flächenbedarf. Dieser hängt in erster Linie von der Wohnfläche ab, die beheizt werden muss. Daher bieten sie sich insbesondere für Altbauten in Städten eher nicht an. Zu bedenken ist außerdem, dass man die Fläche der Kollektoren nicht bebauen darf – selbst Wurzeln von Pflanzen oder Bäumen, kann die Anlage beschädigen.

Ein weiterer Nachteil: Da die Erdkollektoren nah an der Erdoberfläche liegen, sind sie stark von Temperaturschwankungen betroffen. Das kann zu höheren Betriebskosten führen. Zwar benötigen Sie für die Verlegung keine Genehmigung, dennoch müssen Sie die Arbeiten bei Ihrem zuständigen Landratsamt anzeigen.

Voraussetzungen für die Installation

Bevor Sie Flächenkollektoren verlegen können, muss Ihr Grundstück einige Voraussetzungen erfüllen. Zunächst benötigen Sie ausreichend Fläche. Zudem benötigen Sie für diese Variante der Erdkollektoren eine größere Auslegung, um die Temperaturschwankungen auszugleichen – speziell an sehr kalten Tagen.

Als Faustregel gilt: Die Fläche der Kollektoren sollte die doppelte Wohnfläche betragen. Je nach Bodenbeschaffenheit, kann sich dies ändern – etwa bei sandigen, trockenen Böden. Diese nehmen nur wenig Wärme auf, weshalb die Fläche der Flächenkollektoren für Ihre Wärmepumpe größer sein muss. Bei lehmigen oder besonders nassen Böden können Sie auch eine kleinere Auslegung nutzen. Für die Berechnung der richtigen Heizleistung sollten Sie sich Unterstützung von einem Fachbetrieb oder einer Energieberatung holen. Diese helfen Ihnen auch bei der Planung und der Berechnung Ihres Heizwärmebedarfs und der nötigen Leistung Ihres Heizsystems. Wichtige Einflussfaktoren für die Auslegung sind:

•    Heizwärmebedarf
•    Spezifische Entzugsleistung des Erdreichs
•    Volumenstrom der Wärmepumpe
•    Wärmepumpenleistungszahl

Wichtig ist auch der korrekte Abstand der Rohre. Ansonsten entziehen die Kollektoren dem Boden zu viel Wärme, was zu Vereisungen führt. In diesem Fall kann Regenwasser nicht abfließen und das Grundstück verschlammen. Beachten Sie bei der Planung zudem den Abstand zu Wasserleitungen, Gebäuden und Wurzeln.

Kosten und Förderung

Flächenkollektoren zählen zur günstigsten Variante von Erdwärmekollektoren. Pro Quadratmeter kostet das System 15 bis 50 Euro. Hinzu kommen die Kosten für die Wärmepumpe, die bei 10.000 bis 15.000 Euro liegen können. Der Einbau einer Wärmepumpe mit Flächenkollektoren kann durch die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) gefördert werden. Die Wärmepumpen-Förderung beträgt je nach Einzelmaßnahme bis zu 70 Prozent der förderfähigen Kosten. Beachten Sie, dass Sie den Förderantrag vor Baubeginn stellen müssen.