Erdwärmepumpen nutzen die Umgebungswärme. Ringrohrsonden vergrößern gegenüber herkömmlichen U-Rohrsonden die Oberfläche für den Wärmeübertrag drastisch und sind deswegen effizienter.
Die Querschnitte von Doppel-U-Rohrsonde (1), Koaxialsonde (2) und Ringrohrsonde (3) zeigen den großen Unterschied hinsichtlich der Oberfläche im Inneren der Sonde, die für den Wärmetausch zur Verfügung steht.
Rolf Michael Wagner / Energiemetropole Leipzig - Clusterteam Solar
Erdwärmesonden sind im Vergleich zu Luft-Wasser-Wärmepumpen effizienter, da die Bodentemperatur konstanter ist als die Lufttemperatur und im Gegensatz zur Luft das Erdreich sehr gut Wärme einspeichern kann. "Der solare Wärmeeintrag in den Boden beträgt bis zu 1000 W/m2, ist aber stark von Jahreszeit, Tageszeit, Bewölkung und anderweitiger Beschattung sowie Überbauung abhängig", beschreiben dies auf Seite 665 ihres Buchkapitels Oberflächennahe Geothermie die Springer Spektrum-Autoren Marco Lichtenberger und Wolfgang Dachroth.
Einen Effizienzschub kann die Erdwärmepumpe durch eine besondere Konstruktion der Sonde bekommen. Statt der üblichen U- und Doppel-U-Rohre verlaufen in der Ringrohrsonde mehrere Leitungen. Damit vergrößern sie die Oberfläche, die für den Übertrag der Erdwärme auf die Wärmeträgerflüssigkeit zur Verfügung steht.
Die Ringrohrsonde kann so die besonderen Anforderungen, die an eine Erdwärmepumpe gestellt werden, sehr gut erfüllen. Dazu gehören eine hohe Wärmeübertragung pro Bohrmeter, die Sicherstellung einer stabilen Winterleistung sowie der verlustarme Transport der Wärme nach oben und der "Kälte" nach unten.
Nur geringe Wärmeverluste
Eine Ringrohrsonde verfügt über ein Zentralrohr und koaxial angeordnete Ringrohre, die geordnet im Sondendurchschnitt verteilt sind. Sie eignen sich für jede Standardwärmepumpe. Trotz der größeren Oberfläche bleiben die Druckverluste im Normalbereich, auch wenn sie gegenüber einer Doppel-U-Rohr-Sonde 50 Prozent mehr betragen. Doch dies wird durch die Standarddruckhöhe der Wärmepumpe mit ca. 1,1 bar abgefangen. Diese Konstruktion erzeugt im Vergleich zu anderen Sondentypen sehr geringe Wärmeverluste, weil sich die kleinen Rohre, die zudem mit einer sehr dünnen Wand auskommen, quasi gegenseitig wärmen.
Eingebracht werden sie genauso wie herkömmliche Sonden. Durch ihren geringen Durchmesser von etwa 100 Millimetern benötigen sie bei der Einbringung keine Zentrierhilfen. Geschützt und gestützt wird die Konstruktion von einem stabilen Gewebeschlauch. Das wiederum ermöglicht geringere Durchmesser, was das Verfüllen einfach macht.
Keine Kostenunterschiede
Zwar ist die Herstellung der Ringrohrsonden etwa dreimal so teuer wie die einer Doppel-U-Sonde, doch durch die geringeren Verfüllkosten gleichen sich die Investitions- und Installationskosten für Ringrohrsonde sowie Doppel-U- und Einfach-U-Rohrsonden in etwa an. Hinzu kommt konstruktionsbedingt die große Sicherheit für den Grundwasserschutz.
"Mit einer Ringrohrsonde […] wird der technologische Verfüllvorgang als Bestandteil für die geometrischen Anordnungen der Sondenrohre ausgenutzt. Die Ringrohrsonde besteht aus einem Zentralrohr und mehreren kleinkalibrigen Außenrohren, die in einem schwach durchlässigen Gewebesack eingehüllt und gemeinsam mit diesem als vorkonfektioniertes Rohrbündel komplett mit Gewebesack von einer Haspel abgewickelt wird", beschreiben auf Seite 105 ihres Buchkapitels Bau von Erdwärmesonden die Springer Vieweg-Autoren Frieder Häfner, Rolf-Michael Wagner und Linda Meusel diese Variante der Erdwärmenutzung.