Der Ringgrabenkollektor: Günstig zur Erdwärme

Der Ringrabenkollektor ist eine Möglichkeit, das Erdreich als Wärmequelle zu erschließen. Er ermöglicht höhere Leistungszahlen als Luft-Wärmetauscher, ist günstig und zudem auch platzsparender als andere Erdkollektoren für eine Wärmepumpe. Wir erklären, wie ein Ringgrabenkollektor aufgebaut ist, wie er sich verlegen lässt und worin die Vorteile der Technik liegen.

Ringgrabenkollektor: Die Funktionsweise einfach erklärt  

Ringgrabenkollektoren sind Komponenten einer Sole- oder Erdwärmepumpe. Sie bestehen aus Kunststoffleitungen, die in sich überschneidenden Schlaufen unter der Erdoberfläche liegen. Die Gräben sind etwa zwei Meter breit und meist 1,5 Meter tief. Sie laufen rings um das eigene Grundstück und entziehen dem Boden thermische Energie. Möglich ist das mit einem flüssigen Medium, das kontinuierlich durch die erdverlegten Leitungen zirkuliert. Die sogenannte Sole (ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel) erwärmt sich dabei. Sie übergibt die Energie mittels Wärmetauscher an die Wärmepumpe und strömt dann erneut durch den Ringgrabenkollektor.

Erdwärmepumpe hebt das Temperaturniveau der Umweltenergie  

In der Wärmepumpe verdampft ein flüssiges Medium durch die Wärme aus dem Ringgrabenkollektor. Das sogenannte Kältemittel strömt anschließend zu einem Verdichter, der Druck und Temperatur anhebt. Die Wärme geht dann auf das Heizsystem über, wobei sich das Kältemittel regeneriert. Es nimmt seinen flüssigen Ausgangszustand wieder ein und der Kreislauf beginnt von vorn.

Bagger bei den Erdarbeiten für einen Ringgrabenkollektor
© auremar / Fotolia

Niedrige Energiekosten durch hohe Temperaturen im Erdreich

Kennzeichnend für die Effizienz einer Wärmepumpe ist die Leistungszahl (COP). Denn sie beschreibt das Verhältnis von erzeugter Wärme und aufgenommener Nutzenergie (Strom oder Gas). Je höher die Leistungszahl ist, umso mehr Energie kann die Anlage aus einer Kilowattstunde Strom oder Gas gewinnen. Voraussetzung ist ein hohes Temperaturniveau der Umweltwärme. Hier punkten Ringgrabenkollektoren, die die Sole ganzjährig auf Plus-Grade erwärmen. Preisgünstige Luftwärmepumpen müssen die thermische Energie hingegen oft aus sehr kalter Umgebungsluft gewinnen. Sie verbrauchen daher mehr Energie.

Passive Kühlung über den Ringgrabenkollektor im Sommer  

Während die Kollektoren im Winter Energie aus der Erde gewinnen, helfen sie im Sommer bei der Kühlung. Denn hier nehmen sie überschüssige Wärme aus dem Haus auf. Möglich ist das, in dem das Heizungswasser dem Haus thermische Energie über die Flächenheizung entzieht. Es überträgt die Wärme anschließend an den Solekreis und über den Ringgrabenkollektor auf das Erdreich. Da das ohne den Wärmepumpenprozess funktioniert, sprechen Experten von der passiven Kühlung. Diese ist effizienter und günstiger als die aktive Kühlung mit teuren Klimageräten.

Planung und Verlegung der Kollektoren für eine Wärmepumpe  

Die Planung der Ringgrabenkollektoren erfolgt individuell, zugeschnitten auf das jeweilige Gebäude. Ausschlaggebend ist dabei zunächst die Heizlast. Denn die gibt an, wie viel Wärme ein Haus im Winter benötigt. Wie lang die Ringgrabenkollektoren sein müssen, hängt darüber hinaus auch von der Verlegeart und der Beschaffenheit des Bodens ab. Liegen die Rohre schlaufenförmig in feuchten Erdschichten, sind Gräben von 40 bis 80 Metern Länge im Einfamilienhausbereich oft ausreichend. Sollen die Rohre der Ringgrabenkollektoren hingegen ohne Schlaufen oder in sehr trockenen Böden verlegt werden, kann die Länge auch mehr als 200 Meter betragen.

Verschiedene Verlegearten der Ringgrabenkollektoren  

Generell lassen sich die Kollektoren auf unterschiedliche Art und Weise verlegen. Typisch sind dabei sich überschneidende Schlaufen, die waagerecht in einem Graben liegen. Diese Art aktiviert große Bodenflächen und kann viel Energie aus der Umwelt gewinnen. Alternativ lassen sich die Ringgrabenkollektoren auch senkrecht in das Erdreich einbringen. Die Gräben sind dabei tiefer, sparen aber auf die Fläche bezogen Platz im Garten. Günstig ist das bei kleinen Grundstücken oder dann, wenn Hausbesitzer die Erdkollektoren nachträglich installieren möchten. Ist viel Platz vorhanden, lassen sich die Rohrleitungen auch ohne Schlaufen verlegen. In diesem Fall sind die Gräben jedoch um ein Vielfaches länger.

Das passende Heizsystem für effiziente Wärmepumpenheizungen  

Soll eine Wärmepumpe sparsam heizen, muss die Leistungszahl groß sein. Neben hohen Quelltemperaturen lässt sich das auch mit niedrigen Systemtemperaturen in der Hausanlage erreichen. Günstig ist dabei eine Flächenheizung in einem gut gedämmten Haus. Auf diese Weise lässt sich die Wärme mit geringen Vorlauftemperaturen auf die Räume übertragen. Alternativ zu einer Flächenheizung kommen auch groß ausgelegte Heizkörper infrage. Ob sich das System im Altbau lohnt, kann ein Experte vor Ort feststellen.

Übrigens: Auch durch die Kombination mit einer Solaranlage zur Warmwasserbereitung sinken die Heizkosten. Denn durch diese muss die Wärmepumpe weniger leisten und die Umweltenergie aus einem Ringgrabenkollektor lässt sich effizienter einsetzen.

Diese Vorteile bietet ein Ringgrabenkollektor im eigenen Garten 

Die innovativen Kollektoren sind mit zahlreichen Vorteilen verbunden. So gewinnen sie Umweltwärme platzsparend auf hohem Temperaturniveau. Das begünstigt hohe Leistungszahlen und somit auch geringe Heizkosten. Mit Kosten von 12.000 bis 15.000 Euro (teilweise mit Eigenleistung) sind Wärmepumpen mit Ringgrabenkollektor außerdem genauso günstig, wie die weitverbreiteten Luft-Wasser-Wärmepumpen. Diese arbeiten im Winter jedoch mit sehr niedrigen Quelltemperaturen, was die Leistungszahl negativ beeinträchtigt. Ein weiterer großer Vorteil ist die passive Kühlung. Denn diese sorgt auch im Sommer für angenehme Temperaturen im Haus. Die Verbrauchskosten sind jedoch deutlich niedriger als bei herkömmlichen Klimageräten.  

Heizung.de Autor Alexander Rosenkranz
Fazit von Alexander Rosenkranz
Ein Ringgrabenkollektor gewinnt kostenfreie Energie aus dem Erdreich. Er ist Teil einer Erdwärmepumpe und begünstigt eine hohe Leistungszahl. Dabei ist sowohl die Anschaffung als auch der Betrieb der Wärmepumpe oft günstiger als bei vergleichbaren Luft-Wasser-Systemen. Ein besonderer Vorteil: Über den Ringgrabenkollektor kann eine Sole-Wasser-Wärmepumpe im Sommer sogar kühlen. 
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