Erdwärmetauscher – Heizung und Kühlung für Passivhäuser

Bei Niedrigenergie- und Passivhäusern ist man mit den Möglichkeiten zur Optimierung der Wärmedämmung heute schon an den Grenzen angelangt. Um die Energiebilanz dennoch weiter zu optimieren, hat man sich seit einiger Zeit darauf konzentriert, Lüftungswärmeverluste zu minimieren und verstärkt Wohnungslüftungen mit Wärmerückgewinnung zu installieren.

Das Passivhaus – Der Erdwärmetauscher unterstützt die Lüftungsanlage

Beim Passivhaus ist der Bedarf an Heizwärme sehr gering, so dass in der Regel auf eine herkömmliche Heizanlage verzichtet werden kann. Theoretisch kann auch Luft als Wärmeträger eingesetzt werden, doch müssten, um die gleiche Wärmemenge wie in einem Liter Wasser zu transportieren, 3.400 Liter Luft umgewälzt werden, was jedoch zu verschiedenen Problemen wie erhöhten Luftgeschwindigkeiten in den Kanälen, größeren Kanalquerschnitten und höheren Lufttemperaturen führt.

erdwärmetauscher warmwasseraufbereitung

Das Warmwasser wird mit oft mit einer Mikro-Wärmepumpe aufbereitet

Eine typische Lösung für Passivhäuser besteht aus der Nutzung der in der Fortluft enthaltenen Restwärme mit Hilfe einer Mikro-Wärmepumpe zur Raumheizung und Warmwasserbereitung. In diesem System übernimmt ein Erdwärmetauscher (EWT) die Aufgabe, die Lufttemperatur im Winter auf etwa 0º Celsius vorzuwärmen und im Sommer auf ca. 20º Celsius abzukühlen. Eine sinnvolle Ergänzung des Systems wären eine Erdwärmepumpe und ein Pelletheizsystem oder ein Gasheizregister zur kontrollierten Wärmebereitstellung.

Keine Frostschutzeinrichtung im Winter und keine Kühllast im Sommer

Der Erdwärmetauscher erfüllt also die Aufgabe, die Temperatur des Erdreichs im Winter zur Vorwärmung der Zuluft zu nutzen und im Sommer zur Vorkühlung. Dies hat den Vorteil, dass die Lüftungsanlage im Winter durch die Nutzung kostenloser Umweltwärme ohne eine Frostschutzeinrichtung auskommt und im Sommer keine Kühllast durch das Lüften anfällt, wie es bei Außentemperaturen von teilweise deutlich über 30º Celsius ansonsten der Fall wäre. Wie hoch die Menge der aus dem Erdreich nutzbaren Energie ist, hängt von der Beschaffenheit des Erdreichs bzw. des verwendeten Materials zur Hinterfüllung ab.

Bei einem Sandboden beispielsweise beträgt die aus dem Erdreich gewonnene Wärmemenge den Berechnungen des Passivhaus-Institutes zufolge für den Zeitraum von Oktober bis März rund 900 kWh. In Abhängigkeit vom verwendeten Modell beträgt die Jahresarbeitszahl des EWT etwa 30. Das bedeutet, dass aus dem Erdreich 30mal mehr Wärme gewonnen werden kann, als an Energie für die zusätzliche Leistung der Pumpe oder des Ventilators eingesetzt werden muss.

Im Herbst und Frühling ist der Erdwärmetauscher nicht immer sinnvoll

Im Sommer wird das Erdreich zur Abkühlung der Luft genutzt, um auf eine Zulufttemperatur von etwa 20º Celsius zu kommen. Da sich durch die Abkühlung im Erdreich Kondensat im EWT bilden kann, ist für eine funktionierende Kondensatabführung zu sorgen. In den Übergangsmonaten, also im Frühjahr und im Herbst, ist der Betrieb eines EWT nur an wenigen Tagen sinnvoll. An einem Frühlingstag mit Außentemperaturen von 15º beispielsweise, der noch in die Heizperiode fällt, ist eine Abkühlung der Luft durch das Erdreich nicht erwünscht.

Luft-EWT und Sole-EWT

Bei Erdwärmetauschern sind vor allem zwei Systeme empfehlenswert, der Luft-Erdwärmetauscher und der Sole-Erdwärmetauscher. Beim Luft-EWT sind luftdurchströmte, im Erdreich verlegte weichmacherfreie Rohre, z.B. aus Polypropylen oder Polyethylen, der Lüftungsanlage vorgeschaltet und nutzen die Speicherwirkung des Erdreichs zur Erwärmung oder Abkühlung der Luft. Die optimale Verlegetiefe beträgt ca. eineinhalb bis zwei Meter. Ein kostenloses Programm des Passivhausinstitutes ermöglicht die Auslegung des Luft-EWT sowie die Berechnung der jeweiligen Endtemperatur, des Wärmeertrags und des Kühleffekts.

In den letzten Jahren haben sich vermehrt EWT-Systeme auf Solebasis durchgesetzt. Hierbei wird dem Erdreich mittels eines Solekreislaufs Wärme entzogen oder zugeführt. Über einen Luft-Wasser-Wärmetauscher wird die Wärme bzw. Kälte anschließend auf die Frischluft übertragen.

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