Erdregister

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Erdregister, auch Erdwärmekollektoren oder Erdspeicher genannt, stellen eine Alternative zu Erdwärmesonden dar. Sie sind dort einzusezten, wo keine Erdwärmesonden verwendet werden dürfen. Die Funktionsweise des Erdregisters ist praktisch identisch mit der einer Erdwärmesonde. Der Einbau eines Erdregisters muss allerdings nicht bewilligt werden. Im geschlossenen System zirkuliert entweder ein Wasser-Glykol-Gemisch oder eine Sole als Wärmeträger

Im Gegensatz zur vertikalen Erdwärmesonde wird das Erdregister horizontal verlegt. In rund 1 bis 3 Meter Tiefe, im frostsicherem Gebiet, werden Rohrschlangen verlegt, welche dem Erdreich Wärme entziehen. Die nutzbare Wärmeleistung ist von der Beschaffenheit des Bodens abhängig (10 W/m² bis 35 W/m²).

Vorteile von Erdregister sind ihre ganzjährige Verfügbarkeit, das geschlossene System mit unbedenklichem Solemedium und die einfache Erschliessung. Nachteilig ist der relativ grosse Flächenbedarf im Vergleich zu Erdwärmesonden. Durch die geringere Temperatur des Erdreichs kann sich der Beginn der Wachstumsperiode von Pflanzen, die oberhalb des Kollektors wachsen, um bis zu zwei Wochen verzögern.

Betriebsarten

Ein Erdwärmekollektor lässt sich rein passiv betreiben. Dann entzieht man dem Erdreich entsprechend dem Heizbedarf eine bestimmte Leistung. In der ersten Phase kühlt sich dann das Erdregister ab. Sobald die Temperatur unter dem Wert der Umgebung liegt, fliesst Wärme von dort her zu. Im Erdreich kann Wärme aber auch saisonal gespeichert werden. So kann im Sommer Wärme aus Solarkollektoren zugeführt und im Winter zur Deckung des Heizbedarfs wieder entzogen werden. Im Sommer kann das Erdregister auch Wärme aufnehmen, die zur Kühlung dem Haus entzogen wird. Die Bilder zeigen den winterlichen Heiz- und den sommerlichen Kühlbetrieb. Der graue Zylinder enthält die Wärmepumpe, welche die Entropie im Winter vom Erdkreis in den wärmeren Heizkreis und im Sommer vom nunmehr als Kühlkreis wirkenden Wasserkreis in den Erdkreis pumpt.

Modellierung

Das sommerliche Be- und das winterliche Entladen des Erdregisters ist total irreversibel, d.h. der Wärmetransport von und zur Sole bzw. von und zum Wasser-Glykol-Gemisch ist mit einer maximal möglichen Produktion von Entropie verbunden. Die von der Entropie transportierte Energie bleibt dagegen erhalten. Folglich modelliert man das Erdregister mit Hilfe der Energie als mengenartige Grösse und der Temperatur als zugehöriges Potenzial. So kann der Erdspeicher als dreidimensionales Netz von Widerständen und Kapazitäten modelliert werden.