Erdwärme macht mit mehr als 1,3 Millionen installierten Systemen etwa zwei Prozent des gesamten Wärmemarktes in den USA aus. Ein geothermisches System verbrennt keine fossilen Brennstoffe, um Wärme zu erzeugen. Es überträgt Wärme. Und das ist der Reiz: Wärme zu übertragen braucht weniger Energie als Wärme zu produzieren.
Wie geothermische Systeme funktionieren
Um die in der Erde gespeicherte Wärme zu nutzen, fängt ein geothermisches System diese Wärme auf und wandelt sie für die Verwendung im Haus um. Zu den Systemkomponenten gehören eine Rohrschleife, eine Flüssigkeit zur Aufnahme und Übertragung von Wärme und eine Wärmepumpeneinheit zur Verarbeitung der Wärme zur Nutzung. Um Wärme aufzunehmen, zirkuliert Flüssigkeit durch ein im Boden vergrabenes Rohr. Während es zirkuliert, absorbiert es die gespeicherte Wärme der Erde, die konstant bei 50 bis 60 Grad Fahrenheit 10 Fuß unter dem Boden bleibt.
Die erhitzte Flüssigkeit gelangt in eine Wärmepumpeneinheit. Bei diesem Gerät wird die Wärme der Rohrleitungsflüssigkeit von einem im Gerät eingeschlossenen flüssigen Kältemittel aufgenommen. Dieses Kältemittel verdampft und wird komprimiert, was seine Temperatur auf etwa 100 Grad Fahrenheit erhöht.
Nun ein Gas, das Kältemittel durchläuft einen Wärmetauscher, wo die Wärme abgeführt und ins Haus gepumpt wird. Durch die abgeführte Wärme kühlt das Kältemittel ab. Es kehrt in seinen flüssigen Zustand zurück und zirkuliert weiter, wobei es ständig die Wärme aufnimmt und nutzt, die von der Erde durch die Rohrleitungsflüssigkeit übertragen wird.
Effiziente, wartungsarme Heizung
Erdwärmepumpen sind mittlerweile recht effizient. Ihre Heizeffizienz wird durch den Leistungskoeffizienten oder COP angegeben, das Verhältnis der Wärme, die pro britischer thermischer Einheit (Btu) des Energieeinsatzes bereitgestellt wird.
Wärmepumpen mit Energy Star-Rating haben einen Heiz-COP ab 2,8, d. h. für jede Energieeinheit, die zum Antrieb des Systems verwendet wird, werden 2,8 Einheiten Wärme geliefert.
Geothermische Systeme sind einfach zu warten. Eine ordnungsgemäß installierte und vergrabene Schleife kann fast 50 Jahre halten. Die Mechanik wird in Innenräumen installiert und erfordert normalerweise nur regelmäßige Überprüfungen und Filterwechsel.
Geschlossene Systeme
Geothermische Heizsysteme arbeiten entweder als geschlossene oder offene Konfigurationen. Die Bestimmung der zu verwendenden Schleife hängt von Standortfaktoren wie Bodenzusammensetzung, Landschaftsgestaltung und unterirdischen Versorgungseinrichtungen ab.
Ein geschlossener Kreislauf verwendet die flüssige Lösung in einem abgedichteten Rohrleitungskreislauf, der horizontal oder vertikal unterirdisch installiert ist.
Horizontale Schleifen werden verwendet, wenn genügend nutzbares Land zur Verfügung steht. Die Rohre werden in Gräben installiert, die je nach Größe des Systems etwa zwei Meter tief und 30 bis 200 Meter lang sind.
Vertikale Schleifen sind die einzige Wahl, wenn wenig Platz zur Verfügung steht, der Hausbesitzer die Landschaft nicht stören möchte oder beim Graben auf viele Steine stößt. Um das Rohr zu installieren, werden mit Brunnenbohrgeräten 100 bis 400 Fuß tiefe Löcher mit kleinem Durchmesser gebohrt. Vertikale Schleifen sind über ein horizontales unterirdisches Rohr mit dem Haus verbunden. Beim Bohren für vertikale Schleifen gelten Bohrcodes.
Ein abgedichtetes System kann auch am Boden eines Teiches platziert werden, wenn auf dem Grundstück ein Teich vorhanden ist. Teichschleifen können die wirtschaftlichste Option sein, da ein Großteil der Aushubkosten eingespart werden kann.
Open-Loop-Systeme
Ein Open-Loop-System nutzt die Wärme aus dem Brunnenwasser und nicht die Wärme aus der Erde. Grundwasser, das ebenfalls ganzjährig eine relativ konstante Temperatur hat, wird in die Wärmepumpeneinheit geleitet und die Wärme ähnlich dem Kreislaufsystem entzogen.
Das Wasser zirkuliert nicht, sondern macht einen Durchgang und wird ausgeschieden. Es kann in einen Graben, in Drainagefliesen oder in einen Teich gelangen. Es kann auch durch einen in den Boden gebohrten Rückflussbrunnen in den Grundwasserspiegel zurückgeführt werden. Angesichts von Bedenken hinsichtlich schwindender und verschmutzter Grundwasserleiter ist es jedoch wichtig, die örtlichen Bedingungen und Vorschriften zu überprüfen, bevor Sie sich für diese Art von System entscheiden.
Kosten und Amortisation
Die anfänglichen Installations- und Ausrüstungskosten für Erdwärmepumpen variieren mit der Reife des lokalen Marktes, der Art und Größe der Anlage und dem Standort. Es besteht kein Zweifel, dass das System am Anfang mehr kosten wird als eine konventionelle Feuerung mit fossilen Brennstoffen.
Wenn ein Haus keine Rohrleitungen hat, muss ein Hausbesitzer dies möglicherweise zu den Kosten hinzufügen. Ein kleines Haus, das die Wärme der Sockelleiste verwendet, kann jedoch möglicherweise auf die Kanalinstallation verzichten.
Grobe Schätzungen beziffern ein geothermisches Bodenquellensystem auf 1.000 bis 2.500 US-Dollar pro Tonne Kapazität. Eine Tonne Kapazität entspricht laut dem Federal Energy Management Program des Department of Energy 12.000 Btu pro Stunde. In Heizklimaten wird geschätzt, dass pro 550 Quadratfuß eine Tonne Kapazität benötigt wird.
Die Kostenattraktivität von Erdwärme liegt in der betrieblichen Amortisation. Das System liefert mehr Energie pro verbrauchter Einheit als herkömmliche Systeme, mit einem Wirkungsgrad von bis zu 400 Prozent im Vergleich zu 75 bis 90 Prozent Wirkungsgrad bei fossilen Öfen.
Laut Jim Bose, Executive Director der International Ground Source Heat Pump Association an der Oklahoma State University in Stillwater, OK, könnte ein bestehendes Haus mit einem älteren Ofen durch die Umstellung auf Geothermie eine Effizienzsteigerung von rund 50 Prozent erwarten. Ein neues Zuhause mit dem besten fossilen Ofen würde eine Verbesserung von 30 Prozent erwarten.
Holen Sie das Beste aus Ihrem geothermischen System heraus
Erwarten Sie nicht, dass ein neues System Ihre Heizprobleme löst, es sei denn, Sie reduzieren Ihre Heizlast. Alle Lecks abdichten. Vergewissern Sie sich, dass die Dichtungen in gutem Zustand sind und das Kanalsystem nicht undicht ist. Beseitigen Sie Zugluft. Ziehen Sie in Erwägung, eine Bewertung von Wärmeverlust/Wärmegewinn/Leckage des Hauses durchführen zu lassen.
Finden Sie ein zertifiziertes Unternehmen mit speziell in Geothermie geschulten Mitarbeitern und erhalten Sie mehr als das Gebot. Fragen Sie nach Referenzen und rufen Sie diese Hausbesitzer an. Fragen Sie nach Installationen, die das Unternehmen abgeschlossen hat.
Besprechen Sie die Vorteile eines Hybridsystems. Eine Erdwärmepumpe kann zu einem bestehenden Umluftofen hinzugefügt werden und sein Gebläse verwenden. Zwei-Quellen-Wärmepumpen sind kostengünstiger in der Installation und effizienter als die Luft-Quellen-Einheit allein. Fragen Sie nach Gebläsen mit variabler Drehzahl und Kompressoren mit mehreren Drehzahlen im System, um Komfort und Effizienz zu verbessern.
Berücksichtigen Sie die Fähigkeit des Systems, heißes Wasser zu produzieren. Ein als „Enthitzer“ bezeichnetes Gerät kann die Warmwasserbereitung ergänzen, indem es die überschüssige Wärme während des Betriebs der Anlage nutzt. Für diejenigen, die möchten, dass das System den gesamten Warmwasserbedarf deckt, werden einige Vollbedarfssysteme angeboten, die eine separate Einheit für die Warmwassernutzung verwenden.