Flache Erdwärmesysteme können in unterschiedlichen Bauweisen ausgeführt werden. Zu den gängigsten Anwendungsformen zählen Flachkollektoren, Ringgrabenkollektoren, Grabenkollektoren und
Erdwärmekörbe. Die Wärmegewinnung erfolgt wie bei Erdwärmesonden in einem geschlossenen System. Eine Sole zirkuliert in den im Erdreich verlegten Kollektorrohren als Wärmeträgerflüssigkeit und
transportiert die aufgenommene Erdwärme zu einer Wärmepumpe, die die Temperatur für Heizzwecke anhebt.
Allen flachen Erdwärmesystemen gemein ist ein erhöhter Platzbedarf gegenüber Erdwärmesonden oder thermischen Grundwassernutzungen. Die Entzugsfläche hängt vor allem von der benötigten
Heizleistung und der Bodenbeschaffenheit ab. Je größer der Wärmebedarf des Gebäudes, desto größer muss die Entzugsfläche sein. Für den optimalen Betrieb von Erdwärmeanlagen hat die Beschaffenheit
des Bodens eine wichtige Bedeutung. Ein bindiger und feuchter Boden, wie beispielsweise Lehmboden, stellt die optimalen Bedingungen dar. Je sandiger und kiesiger die Böden sind, desto trockener
und weniger wärmespeicherfähig können diese sein. Ein weiterer wichtiger Aspekt betrifft die Standfestigkeit des Grabens bei der Installation von (Ring-)Grabenkollektoren und Erdwärmekörben.
Kiesige Böden können auf Grund ihrer lockeren Struktur die Stabilität des Grabens beeinträchtigen und somit die Bauausführung erschweren. Der Einbau erfolgt unter der Frostgrenze in Tiefen von
1,5 bis 4,5 m. Dies sichert auch in Frostperioden eine gute und konstante Entzugsleistung bei relativ aufwandsarmer Erschließung. Zudem profitieren flache Erdwärmesysteme in diesen Tiefen auch
von Temperatureinträgen durch Sonneneinstrahlung und Regen (Nachschub an Wärmeenergie). Um diesen Nachschub sicherzustellen, sind die Flächen über den Kollektorrohren grundsätzlich
versickerungsfähig zu erhalten. Als versickerungsfähig gelten Grünflächen, Rasengittersteine sowie Gehwegbeläge mit offenen Fugen (Ökopflaster). Falls nachträglich Flächen gepflastert werden, ist
über die Größe und Ausführung mit dem Installations-/Planungsbüro Rücksprache zu halten. Erfahrungen aus der Praxis zeigen, dass tiefwurzelnde Pflanzen im Nahbereich unproblematisch sind [1]. In
Kollektornähe sollen Baumstümpfe von tiefwurzelnden Pflanzen samt Wurzeln jedoch nur händisch ausgegraben bzw. ausgefräst werden, und nicht mit schweren Arbeitsmaschinen aus dem Boden gerissen
werden.
Flache Erdwärmesysteme sind in Wien bewilligungs- und anzeigefrei. Das bedeutet, dass die zuständige Behörde über den Bau nicht informiert werden muss (anzeigefrei), es ist auch keine Zustimmung
in Form eines Bescheides notwendig (bewilligungsfrei). Anlagen in wasserrechtlich besonders geschützten Gebieten oder in geschossenen Siedlungsgebieten ohne zentrale Trinkwasserversorgung (§34,
§35 und §54 WRG 1959) bilden eine Ausnahme und müssen im Anzeigeverfahren bei der Behörde gemeldet werden. Dies gilt ebenso für Anlagen, bei denen ein direkter Kontakt mit dem Grundwasser
besteht.
Flache Erdwärmesysteme umfassen Kollektorrohre, die oberflächennah im Erdreich verlegt sind und und von einem frostsicheren Solegemisch durchströmt werden. Voraussetzungen für deren Nutzung
sind:
• Ausreichend große und freie Grundstücksflächen
• Kein zu starkes Gefälle, damit die Fläche bearbeitbar bleibt
• Geeignete Bodenbeschaffenheit (möglichst bindiger, feuchter Boden) für eine gute Standfestigkeit des Erdreichs für den Einbau
Sind die oben genannten Anforderungen erfüllt, stellen flache Erdwärmesysteme eine preisgünstige, effiziente und nachhaltige Wärmequelle dar. Je nach Grundstücksgröße und –form kann aus den
unterschiedlichen Systemen der optimale Kollektor gewählt werden. Die Planung von flachen Erdwärmesysteme sollte dabei immer von Fachkräften durchgeführt werden. Diese berücksichtigen bei der
Berechnung alle notwendigen Faktoren, wie den Heizbedarf oder die Bodenqualität. Nachfolgende Planungshinweise sollten vorab berücksichtigt werden:
• Die Flächen über den Kollektorrohren dürfen nicht überbaut werden und sie sind grundsätzlich versickerungsfähig zu erhalten. Als versickerungsfähig gelten Grünflächen,
Rasengittersteine sowie Gehwegbeläge mit offenen Fugen (Ökopflaster).
• Der Abstand zur Grundstücksgrenze sollte mindestens 1 m betragen, ggf. fordern lokale Vorschriften einen größeren Abstand.
• Wasserleitungen sind mit ausreichendem Abstand zum Kollektor zu verlegen.
Erdwärmekollektoren sind in Wien großteils bewilligungs- und anzeigefrei. Das bedeutet, dass die zuständige Behörde über den Bau des Kollektors nicht informiert werden muss (anzeigefrei), es ist
auch keine Zustimmung in Form eines Bescheides notwendig (bewilligungsfrei). Ausnahme: Eine wasserrechtliche Bewilligung ist jedoch immer erforderlich in Wasserschutz- und Schongebieten sowie im
unmittelbaren Einzugsbereich von Trinkwasserbrunnen und –quellen.
Flachkollektoren – oft auch als Horizontalkollektoren oder Erdwärmekollektoren bezeichnet – bestehen aus Kollektorrohren, die horizontal im Erdreich verlegt werden. Ein frostsicheres Solegemisch fließt durch diese Rohre und entzieht so dem umliegenden Erdreich Wärme. Die Einbautiefe liegt unter der Frostgrenze, typischerweise zwischen 1,2 und 1,5 m. Die Größe des Kollektors und damit sein Platzbedarf richten sich nach dem Wärmebedarf. Als erste Annäherung kann– abhängig von Bodenklasse und Gebäudeenergiestandard – bei günstigen Bedingungen davon ausgegangen werden, dass die erforderliche Fläche für die Verlegung der Kollektorrohre etwa dem Ein- bis Zweifachen der zu beheizenden Wohnfläche entspricht. Es werden in der Regel mehrere Erdwärmekollektorkreise verlegt, die in einem Verteil zusammengeführt werden. Die einzelnen Kreise sollten die gleichen Längen aufweisen. Der Verlegeabstand zwischen den Rohren beträgt üblicherweise zwischen 0,3 und 0,8 m in Anhängigkeit vom Durchmesser der Entzugsrohre und der Bodenart.
Bei dem Ringgrabenkollektor handelt es sich um eine Weiterentwicklung des Flachkollektors bei dem die Rohre in einem Graben (meist 2 m breit und 1,5 bis 2 m tief) in unterschiedlich überlappenden Schlaufen verlegt werden. Der Graben formt im Idealfall einen Ring rund um das Grundstück. In der Regel werden die Rohre horizontal verlegt, es besteht aber auch die Möglichkeit einer senkrechten Verlegung um noch mehr Platz zu sparen. Bei letzterem ist der Graben wesentlich schmaler jedoch etwas tiefer zu dimensionieren. Beide Varianten des Ringgrabenkollektors benötigen nur wenig Aushubvolumen und sind platzsparender und auch kostengünstiger als Flachkollektoren. Bei optimalen Bodenbedingungen (bindiger, feuchter Boden) können rund 6 kW aus 80 m Grabenlänge gewonnen werden. Ringgrabenkollektoren eigenen sich somit auch für kleinere Grundstücke und finden auch immer häufiger Anwendung im Altbau.
Beim Grabenkollektor werden die Solerohre im Abstand von ca. 10 cm in einem Graben mit schrägen Wänden verlegt. Die Grabentiefe beträgt rund 3 m. Abhängig von der Bodenbeschaffenheit können bis zu 100 W pro Meter gewonnen werden. Dies ergibt eine Grabenlänge von 40 bis 80 Metern bei Einfamilienhäusern. So eignet sich der Grabenkollektor ebenfalls für kleinere Grundstücke.
Erdwärmekörbe sind spiralförmig gewickelte Rohre, die einem Korb ähneln und in den Boden eingebaut werden. Die Höhe der Körbe liegt zwischen 1,5 und 3 m, der Durchmesser bei 2 bis 3 m und die Einbautiefe beträgt rund 4,5 m. Je nach Größe des Korbs liegt die Entzugsleistung bei optimalen Bodenbedingungen zwischen 0,5 und 2,0 kW. Für die Beheizung eines Wohnhauses sind in der Regel mehrere Körbe notwendig. Dadurch erhöht sich auch die benötigte Fläche für den Einbau, da zwischen den einzelnen Körben ein Abstand eingehalten werden muss (abhängig von der Korbgröße ab 4 m). Im Durchschnitt kann pro Korb mit einem Platzbedarf von 15 m² gerechnet werden.
Flachkollektor | Ringgrabenkollektor | Grabenkollektor | Erdwärmekorb | |
Tiefe | 1.2 - 2 m | ~ 1.5 m | bis zu 3 m | ~ 2.5 - 4.5 m |
Platzbedarf | Sehr hoher Platzbedarf; im Neubau rund das 1 bis 2-fache der zu beheizenden Fläche bei guter Bodenbeschaffenheit |
Sehr platzsparend, ringförmige Struktur erlaubt Anpassung an Grundstücksgegebenheiten Annäherung 80 m Grabenlänge pro 6 kW Heizlast |
Platzsparend und bieten sich an wenn große Bodenaushübe in der Bauphase notwendig sind | Gering |
Installationsaufwand |
Aufwendiger durch die Länge und Verlegeart der Rohre, kann aber auch selbst ausgeführt werden | Einfach, kann auch selbst ausgeführt werden | Aufwendiger durch die Länge des Grabens bei vergleichsweiser hoher Grabentiefe | Aufwandsarm, pro Korb nur ein kompakter Aushub notwendig |
Kosten (im Vergleich zu Erdwärmesonden) |
Niedrige Anschaffungskosten, Einbau kann selbst durchgeführt werden | Niedrige Anschaffungskosten, Einbau kann selbst durchgeführt werden | Niedrig, Einbau von Fachpersonal empfohlen | Niedrig, Einbau von Fachpersonal empfohlen |
Die Lebensdauer ist für alle Systeme sehr hoch und umspannt mehrere Generationen. Es werden die selben Materialien wie für Erdwärmesonden oder auch für Trinkwasserleitungen eingesetzt. Es ist jedenfalls auf einen fachgerechten Einbau zu achten.