Erdsonde

Wärme kann dem Erdreich mit Hilfe von Sonden oder Kollektoren entzogen werden. Wer nur ein kleines Grundstück zur Verfügung hat, baut sich eine Erdwärmesonden-Anlage. Die Erdwärmesonde ist eine vertikale Bohrung bis zu einer Tiefe von 150 m, in die Wärmetauscher-Rohre eingebracht sind. Um den Wärmefluss vom Erdreich zu den Wärmetauscher-Rohren zu gewährleisten, wird die Bohrung mit einem gut Wärme leitenden, dauerhaft abdichtenden Spezialzement verpresst. Die Wärmeentzugsleistung liegt im Mittel bei ca. 50 W pro Meter und hängt von der Bodenbeschaffenheit ab. Mit zwei Erdsonden von jeweils 100 m Tiefe kann man ca. 9 kW aus dem Erdreich entnehmen. Damit lässt sich eine Wärmepumpe mit einer Heizleistung von 12 Kilowatt betreiben, was auch für Einfamilienhäuser ohne besondere Wärmedämmung ausreicht. Nur an den wenigen sehr kalten Tagen im Jahr muss man zusätzlichen heizen. Die Gefahr einer Vereisung im Erdboden ist bei richtiger Berechnung kaum gegeben. Benachbarte Erdsonden müssen deshalb einen bestimmten Abstand zueinander aufweisen.

Man unterscheidet zwischen Sole- und C0₂-Erdsonden

Sole-Erdsonde

Die Erdsonde besteht aus ein oder zwei U-förmigen Kunststoffrohren, die in einer Bohrung abgeteuft werden. Der von der Sole (Ethylenglykol-Wasser-Gemisch) an die Wärmepumpe abgegebene Wärmestrom ist gleich spezifische Enthalpie mal Massenstromstärke, also gleich

[math]I_{W_{th}}=c\Delta TI_m[/math]

Erdsonden-Wärmepumpen können nicht nur heizen. Das ganzjährlich etwa 10°C warme Erdreich kann auch genutzt werden, um im Sommer das Gebäude ohne Verwendung einer Wärmepumpe zu kühlen.

C0₂-Erdsonde

Das flüssige Kohlendioxid, das unter einem Druck von 45 bar steht, fliesst unter der Wirkung der Schwerkraft entlang des Kupfer- oder Stahlrohrs nach unten. Das Kohlendioxid nimmt dabei vom umgebenden Erdreich Wärme (Entropie und Energie) auf, verdampft und steigt danach in der Mitte des Rohres auf. Oben gibt das Gas die Wärme an die Wärmepumpe ab und kondensiert dabei. So schliesst sich der Kreis ohne Mithilfe einer Umwälzpumpe. Der vom Kohlendioxid unten aufgenommene und oben abgegebene thermische Energiestrom ist gleich spezifische Verdampfungsenthalpie mal Massenstrom

[math]I_{W_{th}}=qI_m[/math]

C0₂-Erdsonde können im Sommer nicht zum Kühlen eingesetzt werden, weil der Wärmetransport nur von unten nach oben funktioniert.