Heizung mit Wärmepumpe und Erdkollektoren

Bei jedem Hausbau stellt sich die Frage nach der einzubauenden Heizung - ebenso bei Sanierungen/Renovierungen. Aus Interesse habe ich mir mal Wärmepumpen mit Erdkollektoren angeschaut (also die Verlegung eines Schlauches im Garten in der Tiefe zwischen 1.2m und 1.5m).
Wie soll die Sache funktionieren?

• Dem Garten wird Wärmeenergie entzogen
• Diese Wärmeenergie wird dem Haus über die Wärmepumpe zur Verfügung gestellt

Wichtigste Punkte:

• Die entnommene Wärmeenergie wird über die Oberfläche ersetzt (http://www.greentec-solar.de/kategorie1/seite1/index.html). Die Wärmezufuhr aus dem Erdinneren beträgt nur 0.1W/m^2. (Daher auch die recht geringe Verlegetiefe.)
• Der Wärmeinhalt der Erde wird vom enthaltenen Wasser bestimmt. Besonders gut sollen sandige Böden sein.
• Die Fläche der Erdkollektoren soll doppelt so groß wie die beheizte Fläche sein.
  

Dann versuche ich doch wieder mal ein paar Rechnungen:
Fakten/Annahmen:

• Pro 1°C enthält ein Liter Wasser 4.187kJ. (Fakt)
  
• 400m^2 mit Erdkollektoren (Annahme)
• Der Boden enhält ca. 30% Wasser und die Erdkollektoren entziehen Wärem in einem Durchmesser von 10cm
  Einen Quubikmeter enthält dann 300l Wasser und die Kollektoren hätten auf ein Zehntel Zugriff (10cm von 1m)
  
• Aus den letzten beiden Punkten würde dann folgen, dass 400m^2*30l/m^2=12000l zur Verfügung stehen.
  Geht man von einer Temperator von 5°C aus, dann stehen bis zum Gefrierpunkt
  12000l*4.187kJ/l/°C*5°C=251.220kJ

Was ist das in kWh? 251.220kJ=251220/3600kWh=69.7kWh
Das ist nicht viel (Es entspricht ca. 7qm Erdgas...)
Wechselt das Wasser des Boden aber seinen Aggregatzustand, dann werden 335kJ frei.Das entspräche dann 4.020.000kJ=1.117kWh.
Auch nicht wirklich viel (112qm Erdgas). Aber fraglich ist vor allem die Annahme mit 10cm Durchmesser. Hier ist sicher ein Faktor 2-4 noch realistisch.
(Es muss ja funktionieren, da diese Heizungsart doch recht häufig verwendet wird.)
Allerdings zeigt sich, dass der Boden maßgeblich zum Erfolg beiträgt: Ein Boden, der nicht genügend Wasser speichert bzw. von oben eindringen liesst, bringt den Hausherren in arge Bedrängnis....

Wieviel Energie bringen Solarkollektoren pro Betriebsstunde?

Bisher habe ich in diversen Postings ([1], [2], [3]) über die Betriebsstunden meiner Solarthermie-Anlage geschrieben. Dabei hatte ich eine Leistung von 750W angenommen. Heute habe ich diese Annahme überprüft. In unregelmäßigen Abständen habe ich die Thermostate am Warmwasserpuffer (300l) und den Betriebsstundenzähler abgelesen:

Uhrzeit	Betriebsstunden	T1	T2
11:00	4368	44	54
11:25	4369	46	54
12:15	4369	48	54
12:45	4369	50	54
13:55	4369	55	54
14:30	4370	58	56
15:20	4370	60	58
15:45	4370	60	58
16:10	4370	61	59
16:35	4371	61	59

Um einen Liter um 1 Grad zu erwärmen sind 4,187 kJ nötig (s. wikipedia).
In der Zeit von 11:00 bis 16:35 wurden 2 Betriebsstunden von der Anlage geleistet. Dabei wurden 150l von 46° auf 61° erwärmt und 150l von 54° auf 59°.
Das ergibt: 150kg * 15°C + 150kg * 5°C = 2250°C kg + 750°C kg = 3000°C kg.
Das entspricht dann 3000 * 4,187kJ = 12561kJ für 2 Betriebsstunden.
In einer Betriebsstunden werden also 6280,5kJ= 1,74kWh vom Dach in den Warmwasserspeicher transportiert.

Im Jahresmittel werden pro Tag 2.9h Betriebsstunden geleistet --> 5kWh.
An Spitzentagen (s. Grafik) werden bis zu 5h geleistet: 8.7kWh

Damit hat die Anlage eine Energie von 7605kWh an fossiler Energie eingespart. Das sind 761qm Erdgas und entspricht ca. 600€.
Auf ein Jahr gerechnet spart die Anlage 5kWh * 365 = 1825kWh. Das entspricht ca. 150€ eingesparter Energie.

Reich wird man damit nicht, aber auch nicht so schlecht wie ich ursprünglich dachte (750Wh).

Nachtabsenkung vs. Luftfeuchtigkeit

Bei typischen Heizungen kann die normale Raumtemperatur und eine abgesenkte Raumtemperatur eingestellt werden. Meist wird hierzu der Bewohner bei der Wahl der Temperaturen alleine gelassen. Was sind hier vernünftige Werte? Was muss man beachten?

Als erstes muss man folgendes wissen:
Die maximale Menge an Wasser in der Luft (Luftfeuchtigkeit) ist abhängig von der Raumtemperatur.

• 27°C: 26g/m^3
  
• 23°C: 20g/m^3
• 18°C: 15g/m^3
• 16°C: 12g/m^3

Soweit erstmal kein Problem. Aber ist in einem Raum die relative Luftfeuchtigkeit bei 60% und der Raum in 23°C warm, dann für eine Nachtabsenkung auf 16°C dazu, dass die relative Luftfeuchtigkeit dann 100% beträgt, d.h. es kondensiert zwangsläufig Wasser. Jetzt könnte man sagen, kein Problem ich gehe auf 17°C. Aber dabei sollte man sich klarmachen, dass Schwankungen um 1°C durchaus drin sein können.

Was kann man daraus lernen:

1. Nachtabsenkung nicht zu weit unterhalb der normalen Raumtemperatur
2. Falls doch: Abends lüften und so die Luftfeuchtigkeit vermindern
3. Die Temperaturen mal durchrechnen und tagsüber die relative Luftfeuchtigkeit messen.
   

Solarthermie: Zahlen...

Hier ein Graph mit den durchschnittlichen Betriebsstunden pro Tag. Deutlich zu sehen das Maximum mit 4h/d im Sommer und bis auf 0h/d im Dezember: