Erdwärmepumpe mit Flächenkollektor

Erdwärme liegt direkt unter unseren Füßen – und bietet eine saubere Energiequelle für die Heizung von Wohngebäuden. Doch wie lässt sich diese natürliche Wärme am besten nutzen? Wer über genügend Grundstücksfläche verfügt, findet in Flächenkollektoren eine kostengünstigere Alternative zur Erdwärme-Bohrung. In diesem Artikel erfahren Sie alles Wissenswerte über Flächenkollektoren.

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Was ist ein Flächenkollektor?

Ein Flächenkollektor ist ein horizontal im Erdreich verlegtes Rohrsystem, das einer Wärmepumpe Erdwärme aus der oberflächennahen Bodenschicht liefert. Die Rohre liegen meist in ein paar Metern Tiefe und benötigen eine große, unbebaute Fläche. Flächenkollektoren sind eine kostengünstige Alternative zu Erdsonden, eignen sich aber nur für Grundstücke mit ausreichend Platz.

Welche Arten von Flächenkollektor gibt es?

Es gibt verschiedene Arten von Flächenkollektoren für Erdwärmepumpen, darunter klassische Flächenkollektoren, Grabenkollektoren, Ringgrabenkollektoren, Erdwärmekörbe und Spiralkollektoren. Sie unterscheiden sich in Aufbau, Platzbedarf und Effizienz und sind je nach Grundstücksgröße flexibel einsetzbar.

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Wie funktioniert eine Erdwärmepumpe mit Flächenkollektor?

Eine Erdwärmepumpe mit Flächenkollektor nutzt die im Boden gespeicherte oberflächennahe Erdwärme zur Beheizung eines Gebäudes. Der Flächenkollektor entzieht dem Erdreich in 1,2 bis 1,5 Metern Tiefe Wärme über ein Rohrsystem mit zirkulierender Soleflüssigkeit. Diese transportiert die Erdwärme zur Wärmepumpe, wo sie im Verdampfer an ein Kältemittel übergeben wird. Das Kältemittel verdampft, wird im Verdichter komprimiert und dadurch stark erhitzt. Im Verflüssiger gibt es die Wärme an das Heizsystem ab. Danach wird es im Expansionsventil entspannt, verflüssigt sich wieder und der Kreislauf beginnt von vorn.

Welche Fläche braucht ein Flächenkollektor?

Ein Flächenkollektor benötigt in der Regel das 2- bis 2,5-Fache der zu beheizenden Wohnfläche, abhängig von Heizlast und Bodenbeschaffenheit. Für ein Einfamilienhaus mit 150 m² Wohnfläche sind etwa 300 bis 400 m² freie Grundstücksfläche erforderlich.

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In welcher Tiefe werden Flächenkollektoren verlegt?

Flächenkollektoren werden in der Regel in 1,2 bis 1,5 Metern Tiefe verlegt, damit sie unterhalb der Frostgrenze dauerhaft Wärme aus dem Erdreich entziehen können. Grabenkollektoren und Spiralkollektoren liegen meist tiefer, zwischen 1,5 und 2,0 Metern. Erdwärmekörbe werden senkrecht eingesetzt und erreichen Tiefen von bis zu 5 Metern.

Was kostet eine Erdwärmepumpe mit Flächenkollektoren?

Eine Erdwärmepumpe mit Flächenkollektoren kostet insgesamt zwischen 16.000 und 30.000 Euro, abhängig von Gebäudegröße und Aufwand. Die Wärmepumpe inklusive Installation schlägt mit etwa 12.000 bis 20.000 Euro zu Buche, während die Flächenkollektoren inklusive Erdarbeiten etwa 4.000 bis 10.000 Euro kosten.

Ein großer Vorteil von Flächenkollektoren ist, dass Grundstücksbesitzer die Erdarbeiten und das Verlegen der Kollektoren in Eigenleistung übernehmen können. Dadurch können Sie die Kosten deutlich senken, insbesondere bei gut zugänglichen, ebenen Flächen.

Welche Vorteile haben Erdwärme-Flächenkollektoren?

Erdwärme-Flächenkollektoren bieten eine effiziente und kostengünstige Möglichkeit, erneuerbare Wärme aus dem Erdreich zu nutzen – besonders für Gebäude mit ausreichend Grundstücksfläche.

• Geringe Investitionskosten: Flächenkollektoren sind günstiger als Erdsonden, da keine Bohrungen nötig sind und die Verlegung oberflächennah erfolgt.
• Keine Genehmigung: In vielen Regionen ist keine Genehmigung erforderlich, da keine tiefen Erdarbeiten wie bei Sonden nötig sind.
• Einsatz in Eigenleistung möglich: Bauherren mit technischem Know-how können Erdarbeiten und Verlegung selbst übernehmen und so Kosten sparen.
• Wartungsarm und langlebig: Die Rohrsysteme liegen geschützt im Boden, sind robust und arbeiten über Jahrzehnte zuverlässig.
• Gute Effizienz bei ausreichender Fläche: Bei fachgerechter Auslegung liefern Flächenkollektoren eine stabile und gleichmäßige Wärmequelle über das ganze Jahr hinweg.
• Freie Kühlung: Im Sommer können die geringeren Temperaturen zum Kühlen des Hauses genutzt werden, und das mit sehr niedrigem Stromverbrauch.

Welche Nachteile haben Erdwärme-Flächenkollektoren?

Der größte Nachteil von Erdwärme-Flächenkollektoren ist der hohe Platzbedarf, da mindestens das 2- bis 2,5-Fache der Wohnfläche als freie Grundstücksfläche nötig ist. Zudem dürfen die Kollektoren nicht überbaut oder tiefwurzelnd bepflanzt werden, was die Nutzung des Gartens einschränkt.

Voraussetzungen für Erdwärmepumpe mit Flächenkollektor

Für den Betrieb einer Erdwärmepumpe mit Flächenkollektor ist ein ausreichend großes, unbebautes Grundstück mit geeigneter Bodenbeschaffenheit erforderlich. Weitere technische und rechtliche Voraussetzungen müssen ebenfalls erfüllt sein.

• Ausreichende Grundstücksfläche: Es wird mindestens das 2- bis 2,5-Fache der Wohnfläche benötigt, je nach Heizlast und Bodenart. Die Fläche muss dauerhaft frei von Bebauung und tiefwurzelnder Bepflanzung bleiben.
• Geeigneter Boden: Feuchte, gut wärmeleitende Böden wie Lehm oder Ton sind ideal. Trockene, sandige Böden benötigen größere Kollektorflächen oder sind weniger effizient.
• Frostfreie Verlegetiefe: Die Rohre müssen in 1,2 bis 1,5 Metern Tiefe verlegt werden, damit sie dauerhaft Wärme entziehen und Frostschäden vermeiden.
• Geringe Flächenversiegelung: Asphaltierte oder stark versiegelte Grundstücke sind ungeeignet, da die Oberfläche nicht genug Wärme aufnehmen kann.
• Platz für Baggerarbeiten: Der Zugang für Erdarbeiten muss gewährleistet sein. Enge Zufahrten oder Hanglagen können die Installation erschweren oder verteuern.
• Niedertemperatur-Heizung: Damit die Wärmepumpe effizient arbeitet, sollte die Wärmepumpe mit niedriger Vorlauftemperatur arbeiten. Dafür benötigen Sie eine Flächenheizung oder Niedertemperatur-Heizkörper.
• Gegebenenfalls Genehmigungspflicht: In manchen Regionen kann die Verlegung genehmigungspflichtig sein, etwa bei Wasserschutzgebieten oder bestimmten Bauvorgaben.

Was muss ich bei Flächenkollektoren beachten?

Bei Flächenkollektoren muss besonders auf eine sorgfältige Planung und fachgerechte Verlegung geachtet werden, damit das System dauerhaft effizient und störungsfrei arbeitet.

• Abstand zwischen den Rohrschleifen einhalten: Die Rohrleitungen sollten in parallelen Schleifen mit etwa 0,5 bis 0,7 m Abstand verlegt werden, damit sich die Kollektoren gegenseitig nicht thermisch beeinflussen.
• Verlegetiefe konstant halten: Die Rohre müssen gleichmäßig in 1,2 bis 1,5 m Tiefe liegen, damit eine gleichmäßige Wärmeaufnahme aus dem Boden sichergestellt und Frostschäden vermieden werden.
• Vermeidung von Lufttaschen und Knicken: Beim Verlegen müssen die Rohre spannungsfrei und ohne enge Biegeradien verlegt werden. Lufttaschen im System beeinträchtigen die Zirkulation der Sole.
• Hydraulischer Abgleich der Rohrlängen: Alle Rohrkreise sollten gleich lang oder hydraulisch abgeglichen sein, damit eine gleichmäßige Durchströmung gewährleistet ist.
• Markierung der Kollektorfläche im Plan: Die genaue Lage der Flächenkollektoren sollte dokumentiert und im Grundstücksplan vermerkt werden, damit spätere Bauarbeiten oder Bepflanzung nicht gefährdet werden.
• Keine schwere Bodenverdichtung nach Verlegung: Nach dem Verfüllen darf die Kollektorfläche nicht mit schweren Maschinen befahren werden, da dies die Wärmeaufnahme des Bodens langfristig beeinträchtigt.
• Wärmeaufnahme im Sommer ermöglichen: Die Fläche sollte möglichst offen bleiben, damit sich der Boden im Sommer regenerieren und Wärme für den nächsten Winter speichern kann.

Wie lange halten Flächenkollektoren Erdwärme?

Flächenkollektoren können über 50 Jahre lang zuverlässig Erdwärme liefern, wenn sie fachgerecht geplant und verlegt wurden. Die Rohre bestehen in der Regel aus robustem, korrosionsbeständigem Kunststoff (z. B. PE-Xa), der für eine lange Lebensdauer im Erdreich ausgelegt ist. Entscheidend für die Haltbarkeit ist neben der Materialqualität auch die gleichmäßige Wärmeentnahme und eine gute Regeneration des Bodens durch sommerliche Erwärmung.

Brauche ich eine Genehmigung?

In der Regel ist für Flächenkollektoren keine Genehmigung erforderlich, jedoch kann eine Anmeldung bei der unteren Wasserbehörde notwendig sein – insbesondere in Wasserschutzgebieten oder bei großen Anlagen. Es empfiehlt sich, vor Beginn der Arbeiten eine Auskunft bei der zuständigen Behörde einzuholen.

Was passiert mit dem Boden nach Verlegung?

Nach der Verlegung von Flächenkollektoren bleibt der Boden dauerhaft thermisch beeinflusst, da ihm kontinuierlich Wärme entzogen wird. Dadurch kühlt sich die Erde im Kollektorbereich leicht ab, kann sich aber über den Sommer regenerieren. Die Fläche sollte nicht überbaut oder stark verdichtet werden, damit Luft, Regen und Sonnenwärme die natürliche Wärmerückführung ermöglichen. Tiefwurzelnde Pflanzen oder versiegelte Beläge können diese Regeneration beeinträchtigen und die Effizienz langfristig senken.

Welche Alternativen zum Erdwärme-Flächenkollektoren gibt es?

Alternativen zu Flächenkollektoren sind Erdsonden, Brunnenanlagen (Grundwasser-Wärmepumpen) und Luft-Wasser-Wärmepumpen. Alle drei Systeme nutzen unterschiedliche Wärmequellen: Erdsonden ziehen Wärme aus tiefen Erdschichten, Brunnenanlagen aus dem Grundwasser, und Luft-Wasser-Wärmepumpen aus der Umgebungsluft. Die Auswahl hängt vom Grundstück, der Bodenbeschaffenheit, behördlichen Vorgaben und dem Budget ab.

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