Systemlösung EWT Langfassung.pdf - waermetauscher-paul.de

Der Einsatz von Erdwärmetauschern im Zusammenhang mit
Wohnungslüftungsanlagen und Wärmerückgewinnung
Dipl.-Ing. Eberhard Paul
Paul Wärmerückgewinnung GmbH, August-Horch-Str. 7, 08141 Reinsdorf
Tel. 0375 303505-0, Fax 0375 303505-55, E-Mail: info@paul-lueftung.de
1. Der Erdwärmetauscher
Erde als saisonaler Speicher für Solarenergie wird in jüngster Zeit immer häufiger genutzt, um Frischluft
für Lüftungsanlagen in einem Erdwärmetauscher vorzuwärmen. Im Sommer dagegen wird die Kühle des
Erdreiches genutzt, um Luft zu kühlen, ehe sie in den Wohnbereich geleitet wird. Erdwärmetauscher
(EWT) bestehen aus einem in das Erdreich verlegten Rohr, durch welches die Luft vom Ventilator des
Wärmerückgewinnungsgerätes (WRG) angesaugt wird. Das Schema der einzelnen Komponenten ist in
Bild 1 dargestellt.
Bild 1: Prinzipschema: Erdwärmetauscher (EWT) im Zusammenhang mit einem Wärmerückgewinner
(WRG) für die kontrollierte Wohnungslüftung
Bei der kontrollierten Wohnungslüftung wird in einem hocheffizienten Gegenstrom-Kanalwärmetauscher
aus der Abluft Wärmeenergie zurückgewonnen und damit die Außenluft von z. B. 0 °C auf 18 °C erwärmt.
Bei der Abluft-Abkühlung kann Kondenswasser ausfallen. Bei sehr kalten Außentemperaturen
würde dieses Kondenswasser im Wärmetauscher gefrieren und damit die Wärmerückgewinnung blockieren.
Um bei Außentemperaturen < -4 °C das Funktionieren der Wärmerückgewinnung überhaupt zu ermöglichen,
ist die Vorwärmung der Außenluft z. B. im Erdwärmetauscher erforderlich. Außerdem bietet
der EWT eine preisgünstige Variante der sommerlichen Raumlüftung. Dies gewinnt in Wohnhäusern
zunehmend dort an Bedeutung, wo eine freundliche, von Licht durchflutete Raumgestaltung durch große
Fensterflächen, Glasvorbauten und Wintergärten erreicht wird. Dies hat aber durch starke solare Gewinne
eine Überhitzung der Räume zur Folge. Eine gute Außenverschattung der Fenster ist sehr zu empfehlen.
Hinzu kommen innere Wärmequellen in Form von Personen, technischen Haushaltsgeräten, Beleuchtung
und Computern.
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Tel: +49(0)3493/402110 • Fax: +49(0)3493/402111• E-Mail: info@waermetauscher-paul.de • Internet: www.waermetauscher-paul.de
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Bild 2: Sammler mit Drainage und
Eingang zum Haus
2. Luftvorwärmung im Winter
Bild 3: Zwei parallele Erdwärmetauscher-Rohre 2 m
neben dem Fundament
Die Erdtemperatur beträgt im Winter zwischen 4 und 8 °C [1] [2] [5]. Folgende Lufttemperaturwerte wurden
im EWT am Austritt erreicht:
Außentemperatur [°C] - 15 - 9 - 7 - 4 - 10 - 15 -10 - 20
EWT-Austrittstemperatur [°C] +2 + 3 + 4 + 5 + 2 + 1 + 2 0
Literatur [3] [4] [5]
V & [m³/h] 200 140 160
Durchmesser ∅ [mm] 200 125 100
Länge l [m] 23 42 40
Verlegetiefe [m] 1,7 1,5 1
Tabelle 1: Luftvorwärmung im Winter
Eine einjährige Messkampagne des Technikums Winterthur in der Erdregisteranlage Mehrfamilienhaus
Hausäcker gelangte zu folgenden Resultaten: Die Tagesmittelwerte der Lufttemperaturen am Ende eines
Erdregisterrohres lagen bis Ende Oktober noch um 15 °C und erst Anfang Dezember sanken die Temperaturen
unter 5 °C, blieben jedoch den ganzen Winter über dem Gefrierpunkt. Ab März stiegen die Temperaturen
wieder über 15 °C [7].
3. Luftkühlung im Sommer
Außentemperatur [°C] 24 28 26 33 26 33
EWT-Austrittstemperatur [°C] 14 16 15 19 17 22
Literatur [4] [5] [5]
V & [m³/h] 140 155 155
Durchmesser ∅ [mm] 125 100 100
Länge l [m] 42 40 20
Verlegetiefe [m] 1,5 1 1
Tabelle 2: Luftkühlung im Sommer
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4. Einflussfaktoren auf das Temperaturverhalten von EWT
Die Austrittstemperaturen am EWT werden von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst, die komplex
betrachtet werden müssen. Die Einflüsse können in einem umfangreichen Modellierungsprogramm [2],
[9], [11], [12] zusammengefasst werden. Damit lässt sich die Luftaustrittstemperatur grob vorausberechnen.
Bei Betrachtung der im Folgenden beschriebenen Einflusstendenzen und der in Pkt. 5 dargestellten
Auslegungshinweise lassen sich die in Pkt. 2 und 3 angegebenen Luftaustrittstemperaturen in etwa erreichen.
a) Einflussfaktor Erdreich/Klima Wärmeübertragung an den EWT
1. Erddichte hoch ↑
2. gute Erdverdichtung ↑
3. hoher Anteil an Lehm/Ton ↑
4. hohe Erdfeuchte ↑
5. Oberflächenwasser - Versickerung über dem EWT ↑
6. hoher Grundwasserspiegel ↑
7. hoher solarer Wärmeeintrag (Herbst) in Erdreich ↑
8. kurze Zeitdauer der Kälte-(Hitze)periode ↑
b) Einflussfaktor Rohrdimensionierung Wärmeübertragung an den EWT
9. geringe Luftgeschwindigkeit ↑
10. große Rohrlänge ↑
11. kleiner Rohr-∅ und mehrere parallele Rohre ↑
12. Rohrabstand größer ↑
13. hohe Verlegetiefe max. 6 m ↑
Tabelle 3: Einflussfaktoren
Eine hohe spezifische Wärmekapazität cP des Erdreiches bedeutet ein hohes Speichervermögen der
Solarenergie (bezogen auf 1 kg).Die hohe Wärmeleitfähigkeit λ sagt dagegen aus, dass die Wärme gut
aus den umliegenden Erdschichten zum EWT-Rohr transportiert wird.
Erdreich Rohdichte
⋅ 10³ [kg/m³]
ϕ cP λ
spez. Wärme
[Wh/kgK]
Wärmeleitfähigkeit
[W/mK]
grob kiesig 2,0 0,51 0,52
Lehm 1,5...1,8 0,28...0,83 2,3
Ton, trocken 1,8 0,23 0,84
Tonboden 1,5 0,24 1,28
Sandboden 1,6 0,31...0,89 0,93
Tabelle 4: spezifische Wärmekapazität cP und Wärmeleitfähigkeit λ von verschiedenen Erden/Sand
nach [6], [10]
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Bild 4: Wärmeleitfähigkeit von Erdreich
bei 20 °C [6]
Bild 5: Wärmeleitfähigkeit von Seesand
bei 20 °C [6]
Für den natürlichen Zustand von festem Erdreich gelten folgende Erfahrungswerte:
Erdreich Dichte Feuchtigkeit in Vol.-%
lehmig, tonig
sandig
kg/m³
1900 bis 2100
1600 bis 1800
beobachtete
Grenzwerte
10 bis 28
4 bis 14
Bild 6: Wärmeleitfähigkeit von feuchtem Sand [6]
durchschnittl.
Verhältnisse
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Im Winter sorgt die kalt in den EWT eintretende Außenluft für eine starke Abkühlung des umgebenden
Erdreiches auf den ersten laufenden Metern des EWT. Dauert die Frostperiode längere Zeit an, verlagert
sich die kühle Erdzone, die das Erdreich umschließt, weiter in Richtung Haus. Daher sollte das EWT-
Rohr nicht auf den ersten laufenden Metern unter die Bodenplatte verlegt werden (Frostgefahr).
Gefrorenes Erdreich um den EWT bedeutet, dass der Feuchteanteil des Erdreiches latente Wärme an
die Luft abgegeben hat - ein beträchtlicher Anteil gegenüber der fühlbaren Temperaturabsenkung des
Erdreiches.
Bei der Luftkühlung im Sommer kann der Taupunkt (gemäß h-x-Luftfeuchte-Diagramm) unterschritten
werden. Die dabei abgegebene latente Wärme bewirkt nach [5] zunächst eine momentane leichte Erhöhung
der Lufttemperatur - die damit erreichte höhere Temperaturdifferenz zwischen Luft und Erdreich
führt in der Folge dann aber zu einem verbesserten Wärmetransport.
Erdtemperatur
Bild 7: Temperaturfeld des ungestörten Erdreiches [9]
Bild 7 verdeutlicht, dass die Temperaturschwankungen in einer Tiefe ab 2...3 m nicht mehr sehr gravierend
sind. Vorteilhaft auf eine übermäßige Abkühlung (Winter) bzw. Erwärmung (Sommer) des Erdreiches
wirkt sich eine teilweise Abschaltung bzw. Umgehung des Erdwärmetauschers aus. Um allerdings
lediglich eine Frostfreiheit der eingesaugten Luft zu erreichen, ist dies nicht erforderlich. Wird allerdings
im Herbst bei mäßig warmen Außentemperaturen (10…15 °C) der EWT von Außenluft durchströmt, erhöht
sich die Erdtemperatur in Rohrnähe. Das somit regenerierte Erdreich kann dann auch im Winter
über eine längere Kälteperiode hinweg genügend Wärme an die kalte Außenluft im EWT abgeben.
Die Luftaustritts-Temperatur am EWT liegt in der Regel im Winter 2...3 K unter der Erdtemperatur und im
Sommer ca. 2 K über der Erdtemperatur.
Kondensatmenge im Sommer
Die im Sommer bei der Luftkühlung im Erdrohr ausgeschiedene Kondensatmenge berechnet sich aus
dem h-x-Diagramm.
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Bild 8: Luftfeuchte-Diagramm
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Rechenbeispiel
V&
= 150 m³/h Luft (feucht)
ϕ
ϕ
ϕ
x
x
t
t
1
f
1
2
f
1
m
2
2
m&
= 1,154kg/m³
(Luft)
=
=
40 % relative Feuchte Lufteintritt
84 % relative Feuchte Luftaustritt
= 12,2 g/kg absolute Luftfeuchte
Luftaustritt
= 11,2 g/kg absolute Luftfeuchte
Luftaustritt
= 32 ° C
= 18 ° C
H2O
H2O
Luft - Eintrittstemperatur
EWT
Luft - Austrittstemperatur
EWT
x − x
1 2
= V
f
⋅ ϕ
f 1+
x
&
[10]
= 171g/hKondensat
1
Bei der Luftabkühlung fallen bei 32 °C Außentemperatur mit 40% relativer Luftfeuchte 0,17 l pro Stunde
Kondensat an.
5. Auslegungsrichtlinien für Erd-WT
Rohrlänge
Aus [5] ist bekannt, dass bei einem 40 m langen Erdrohr nach 1/3 der Rohrlänge sich die Luft bereits um
die Hälfte der Temperaturdifferenz (zwischen Ein- und Austritt) erwärmt hat. Das zeigt, dass sich übermäßig
lange Rohre (über 35 m Länge) nicht rentieren - die Lufttemperatur nähert sich asymptotisch der
Erdtemperatur. Sinnvoll ist eine Rohrlänge von 25 bis 35 m bei einem Durchmesser von ∅ 150 bis 200.
Dabei kann die Luft geteilt in zwei parallelen Strängen von je 15 bis 20 m geführt werden. Entscheidend
ist die Aufenthaltsdauer t.
V
t =
V&
V = Rohrvolumen [m³/h]
V & = Luftvolumenstrom [m³/h]
Bild 9: Temperatur der Luft bei den verschiedenen Eintrittstemperaturen 1 und 2 in Abhängigkeit
von der Strömungsstrecke im Rohr∅ 100 bei 40 m Rohrlänge und einem Volumenstrom
von 150 m³/h [5]
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Maximal erreichbare und sinnvolle Lufterwärmung im Winter
Bei der Dimensionierung des EWT wird oftmals die Frage nach der Temperaturauswirkung bei einer größeren
Rohrlänge und vergrößerter Verlegetiefe gestellt. Wichtig ist, dass die EWT-Austrittstemperatur
nicht unter - 3 °C liegt, um im Wärmerückgewinnungsgerät eine Vereisung des Kondensats zu vermeiden,
denn der dann einsetzende Abtauvorgang - Abschaltung des Zuluftventilators (oftmals über eine
temperaturgesteuerte Automatik) - bedeutet Energieverlust (relativ warme Fortluft verlässt das Gebäude)
und ein gestörtes Gleichgewicht von Zuluft und Abluft (im Gebäude Infiltration von Kaltluft).
Aus Bild 9 geht hervor, dass dieser Punkt (- 3 °C) bei einem Rohr ∅ 100 mm (Verlegetiefe: 1 m) bereits
nach 25 m erreicht ist. Eine weitere Temperaturerhöhung der EWT-Austrittstemperatur muss aus energetischer
Sicht (Winterbetrieb) im Zusammenhang mit dem Wärmerückgewinnungsgerät betrachtet werden.
Wirkungsgrad-Verbesserung im Wärmerückgewinnungsgerät (WRG) durch Erd-Wärmetauscher (EWT)
ΦWRG = Temperaturwirkungsgrad (oder Rückwärmezahl) des Wärmerückgewinnungsgerätes (WRG)
ΦEWT = Temperaturwirkungsgrad (oder Rückwärmezahl) des Wärmerückgewinnungsgerätes (WRG) mit
vorgeschaltetem EWT
Annahmen:
a) EWT erwärmt Außenluft von -15 °C auf tAu2 = + 2 °C (bei 30 m Länge) oder
b) auf tAu2 = + 3 °C (bei 40 m Länge)
Randbedingungen:
EWT-Rohr ∅ = 200 mm
tAu1 = Außentemperatur: - 15 °C
tAu2 = EWT-Austrittstemperatur
tAb = Ablufttemperatur: + 20 °C
Verlegetiefe: 1,5 m
Bild 10: Erdwärmetauscher in Kombination mit Wärmerückgewinnungsgerät (WRG)
a) bei 30 m EWT-Länge
− WRG mit Kreuzstrom-Platten-WT
− WRG mit Gegenstrom-Platten-WT
− WRG mit Gegenstrom-Kanal-WT
(Patent PAUL)
b) bei 40 m EWT-Länge
− WRG mit Kreuzstrom-Platten-WT
− WRG mit Gegenstrom-Platten-WT
− WRG mit Gegenstrom-Kanal-WT
(Patent PAUL)
Temperaturwirkungsgrad Φ Zulufttemperatur tZu
ohne EWT mit EWT ohne EWT mit EWT
ΦWRG ΦEWT
65 %
75 %
90 %
65 %
75 %
90 %
82 %
87 %
95 %
82,9 %
87,7 %
95,1 %
7,7 °C
11,2 °C
16,5 °C
7,7 °C
11,2 °C
16,5 °C
13,7 °C
15,5 °C
18,2 °C
14,0 °C
15,7 °C
18,3 °C
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Die Verlängerung des EWT-Rohres von 30 m auf 40 m bewirkt nur eine geringfügige Erhöhung der EWT-
Austrittstemperatur (ca. 1 K), was sich hinter dem Wärmerückgewinner nur in einer Zulufttemperatur-
Erhöhung um 0,1 bis 0,3 K bemerkbar macht.
Nach den Messungen gemäß Bild 7 bewirkt eine Erhöhung der Verlegetiefe von 1 m auf 2 m eine voraussichtliche
Erhöhung der Austrittstemperatur (Winter) von 2 K. Erhöht man die Verlegetiefe von 2 auf 3
m liegt die Luftaustrittstemperatur noch einmal um ca. 1,5 K höher.
Rohrdurchmesser
Beim Vergleich der in Tabelle 1 dargestellten Luftaustrittstemperaturen stellt man fest, dass die Lufterwärmung
in einem kleineren Rohr (bei gleicher Länge) geringer ist. Dies lässt sich damit begründen,
dass die Aufenthaltsdauer relativ gering ist. Zu empfehlen sind Rohre mit ∅ 150 ... 200 mm.
Über ∅ 200 mm hinausgehende Rohrdurchmesser bilden im Kern eine Strömung, die nur wenig am
Wärmeaustausch (an der Rohrwandung) teilnimmt.
Die Änderung des Rohrdurchmessers mit gleichem Volumenstrom und gleicher Länge hat gegenläufige
Auswirkungen: Einerseits wird durch die Durchmesserreduzierung die Wärmetauschfläche und die Aufenthaltsdauer
t verringert, andererseits vergrößert sich auf Grund der höheren Strömungsgeschwindigkeit
die innere Wärmeübergangszahl α. In den meisten Fällen wirkt sich der zuletzt genannte Faktor geringfügig
aus.
Gewelltes oder glattes Rohr?
Die oben erwähnte Kernströmung kann durch ein innen gewelltes Rohr in Turbulenzen versetzt werden,
wodurch der Wärmeübergang zwar verbessert wird, aber gleichzeitig der Druckverlust und damit der
Stromverbrauch (am Ventilator) ansteigt.
Vorteile Nachteile
gewelltes Rohr − guter Wärmeübergang − hoher Druckverlust (höherer Stromverbrauch)
− Kondensat kann nicht (schlecht) ablaufen -
bleibt in Rohrwellung stehen (Keimbildung)
− Ablagerung von Schmutz in den „Tälern“ der
Rohrwellung
− schlechter zu reinigen
glattes Rohr − geringer Druckverlust
(Stromverbrauch)
− guter Kondensatablauf
− gut zu reinigen
− etwas schlechterer Wärmeübergang (abhängig
von Rauhigkeit und Durchmesser)
Wegen des Kondensatablaufes (und eventuellem Ablauf von Spülwasser bei einer Reinigung) sollte das
EWT-Rohr innenwandig glatt sein und mit ca. 2 % Gefälle zum Haus hin verlegt werden.
Rohrregister
Bei Verlegung zweier (oder mehrerer) paralleler Stränge ist auf etwa gleiche Druckverluste in jedem
Strang zu achten, um eine etwa gleichmäßige Durchströmung (Aufenthaltsdauer) der Luft in jedem
Strang zu gewährleisten. Der EWT sollte immer durchströmt werden - stehende Luft könnte Gerüche
verursachen.
Rohrmaterial
Entscheidend für den Wärmedurchgang an der Rohr-/Erdgrenzschicht sind die Wärmeübergangsbedingungen
Rohrinnenwandung - Luft. Das Rohrmaterial selbst ist durch seine relativ hohe Wärmeleitzahl
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λ von untergeordneter Bedeutung. Das schwächste Glied beim Wärmetransportprozess bestimmt maßgeblich
den Wärmedurchgang - dies ist die Wärmeübergangszahl α (auf der Luftseite). Eine noch nicht
benannte Größe ist die Oberflächen-Rauigkeit, die beispielsweise zwischen Kunststoffrohr und Betonrohr
recht erheblich ist. Die Unterschiede treten allerdings nicht nur bei der verbesserten Wärmeübergangszahl,
sondern auch bei dem erhöhten Druckverlust (Stromverbrauch) und höheren Invest-Kosten auf.
Folgende Rohrmaterialien werden für EWT eingesetzt [8]:
− Kunststoffrohre aus PVC-hart (KG-Rohre, DIN 19534)
− PP-Rohre
− Steinzeugrohre (DIN 1230, DIN EN 295)
− Betonrohre (DIN 4032 und 4035)
− Faserzementrohre (DIN 19840, 19850) z.B. Fabrikat Eternit
− Gusseiserne Rohre (DIN 19522)
Vorfilter
Wichtig für die Konzipierung von EWT ist die Vorschaltung eines Filters zur Reinigung der angesaugten
Luft. Damit wird gewährleistet, dass sich Staub und Pollen nicht an der Rohrinnenwandung ablagern
können. Dadurch wird auch die Bildung von Bakterienkulturen und Mikroorganismen im EWT verhindert.
Bei ungefilterter Luft ist die Staubablagerung im Rohr sehr wahrscheinlich – die Staubschichtdicke und
die Staub-Mikroorga-nismen-Zusammensetzung sind dem Nutzer in der Regel unbekannt. Hingegen
lässt sich die Staubablagerung am vorgeschalteten Filter sehr gut beobachten. Der Filterwechsel ist dann
auch wesentlich preisgünstiger und unkomplizierter als die Rohrreinigung. Wichtig sind eine regelmäßige
Filterkontrolle und ein bedarfsgerechter Filterwechsel (ca. alle 4 - 8 Monate).
Zum Schutz des hochwertigen Filtermaterials und aus Kostengründen ist in dem abgebildeten Vorschaltfilter-Gehäuse
eine grobe Filtermatte der Z-förmigen Filterkassette vorgelegt. Die gesamte Filteroberfläche
ist großzügig gestaltet, um den Druckverlust und damit den Stromverbrauch niedrig zu halten. Untersuchungen
haben ergeben, dass beide Filter zusammen lediglich ca. 10 Pa Druckverlust verursachen.
Filter werden in den Klassen G 4 und F 7 angeboten.
Bild 11: Vorschaltfilter Typ E für Erd-WT (PAUL-Fabrikat)
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Bild 12: Außenluftfilterbox im Winter … … nahezu schneefreier Filter
Ansaugpunkt
Die Luftansaugung sollte an einer Stelle trockener Luft erfolgen, also nicht im Bereich eines Teiches oder
Feuchtebiotops. Wegen des Filters ist ein leicht zugänglicher Ort zu wählen. Die Platzierung des Ansaugpunktes
sollte nicht in der Nähe des Kompostes und im Bereich dichter Bepflanzung gewählt werden.
Die Luftansaugung sollte nicht in unmittelbarer Erdnähe erfolgen, um die Ansaugung von aufgewirbeltem
Staub (Wind) und Mikroorganismen zu vermeiden. Bei der Platzierung der Filterbox ist auch darauf zu
achten, dass böswillige Zugriffe durch Fremde nicht möglich sind. Häufig gewählte Positionierungen des
Vorfilters sind in einem Vorrats- oder Fahrradschuppen, an der Rückfront des Carports oder der Garage.
Durch Schnee, Schlagregen und Vandalismus kann die außen aufgestellte Filterbox nachteilig sein –
einem innen (im Keller) aufgestellte Filter ist daher der Vorzug zu geben. Die Luft wird über ein Gitter
durch die Wand angesaugt. Das Rohr wird dann von innen nach draußen in den Erdboden hinein verlegt.
Bild 13: Foto: iso-Filterbox (PAUL)
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Bild 14: Innen aufgestellter Filter für Erdwärmetauscher
Bypass
Die im EWT gekühlte Luft (Sommer) sollte im Wärmerückgewinnungsgerät im Bypass am Wärmetauscher
vorbeigeführt werden (→ keine Erwärmung der Zuluft durch Abluft). Durch die oben bereits erwähnte
mögliche Frostbildung um das EWT-Rohr ist eine Über- oder Unterquerung von Wasserleitungen
zu vermeiden (mind. 1 m Abstand).
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6. Hinweise zur Rohrverlegung und Kondensatableitung
Möglichkeiten der EWT-Führung
Draufsicht
a) Registerverlegung
strömungstechnisch günstigere Registerverlegung
b) Zwei Halbschlaufen
c) Einrohrverlegung
Bild 15: Verlegemöglichkeiten von EWT
Der Abstand der Registerrohre zueinander
und der Abstand Rohr - Haus sollte
1 m nicht unterschreiten
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Möglichkeiten der Kondensatableitung
Bild 16: Kondensatableitung
Bild 17: Sickerschacht mit Geruchsverschluss nach Werner-ebök
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Siphon-Gestaltung
Bild 18: Siphon-Gestaltung
Wird das Kondensat nur über einen Siphon direkt mit dem Abflussrohr verbunden, kann bei ausgetrocknetem
Siphon Luft (und damit Gerüche) aus dem Abflussrohr in den Außenluftstrom (Unterdruck) gesaugt
werden. Um dies zu vermeiden, sollte das Kondensat über einen ersten Siphon frei austropfen
können. Über einen Trichter und einen 2. Siphon wird das Kondensat dann in das Abflussrohr geleitet.
Um das Austrocknen des Siphons zu verzögern, sollte auf beiden Seiten des Siphons jeweils etwas Öl
aufgegeben werden.
Das Kondensat aus dem Erdrohr kann auch über ein getauchtes Rohr in einen Behälter ablaufen.
Bild 19: Kondensatablauf in einen Behälter
Um das Austrocknen eines Siphons gänzlich zu vermeiden eignet sich ein Trockensiphon. Bei Verwendung
eines Trockensiphons wird auch bei ausgetrockneter Sperrflüssigkeit keine Luft eingesaugt.
Bild 20: Trockensiphon
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Bild 21: Trockensiphon (schützt vor Austrocknung und Geruch)
Bild 22: Mauerdurchführung
7. Erdwärmetauscher unter hygienischen Gesichtspunkten [7]
In einer am Institut für Hygiene und Arbeitsphysiologie (Fachbereich Umwelthygiene) der ETH Zürich
durchgeführten Studie wurde bei 12 bestehenden Erdwärmetauscher-Anlagen überprüft, ob mikrobielle
Verunreinigungen auftreten und ob diese zu einer Belastung der Zuluft bzw. der Raumluft führen. Die
durch Erdwärmetauscher angesaugte Luft wurde jeweils auf Unterschiede bezüglich der Konzentrationen
verschiedener Mikroorganismengattungen im Vergleich zur Außenluft untersucht. In drei Anlagen wurden
die Untersuchungen vierteljährlich wiederholt, um jahreszeitliche Veränderungen feststellen zu können.
In diesen Anlagen wurde auch in einem ergänzenden Durchgang eine Bestimmung des Allergengehalts
von zwei Schimmelpilzarten durchgeführt.
Durchführung der Untersuchungen in den Erdwärmetauschern
Insgesamt wurden folgende Erdwärmetauscher-Anlagen untersucht: vier Einfamilienhäuser, zwei Mehrfamilienhäuser
und sechs größere Gebäude mit diverser Nutzung. Vier Anlagen sind mit Zementrohren,
acht mit Kunststoffrohren ausgerüstet.
In den meisten Anlagen waren die Keimkonzentrationen in der Luft am Ende der Erdwärmetauscher tiefer
als die Außenluftkonzentrationen. Die deutlichsten Unterschiede waren in den größeren Bauten sichtbar.
In den Einfamilienhäusern wurden gelegentlich höhere Konzentrationen in der Erdregisterluft als in
der Außenluft gemessen. Die nach den Erdwärmetauschern eingebauten Filter (im Wärmerückgewinnungsgerät)
reduzieren die Keimzahlen jedoch deutlich, so dass die Zuluft aller Anlagen deutlich weniger
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Bakterien und Pilzsporen enthielt als die Außenluft. Nach Erfahrungswerten liegen alle in diesen Untersuchungen
gemessenen Raumluftkonzentrationen für Bakterien und Pilze im tiefen bis mittleren Bereich.
Jahresverlauf
Die Schwankungen der Außenluftkonzentrationen, welche neben der Jahreszeit auch durch geographische
und meteorologische Faktoren beeinflusst werden, sind jeweils in der Erdregisterluft noch sichtbar.
Nachdem die Luft aber die Filter passiert hat, sind die Unterschiede zwischen den Jahreszeiten und den
Anlagen mit Filtern gleicher Qualität äußerst gering. Besonders bei großen Anlagen mit Feinstaubfiltern
war die Konzentration in der Zuluft ganzjährig sehr tief. Vorteilhaft wirkt sich der Einbau eines großflächigen
Vorfilters (Bild 11) am Ansaugpunkt in den EWT aus – hier werden bereits Staub und Mikroorganismen
zurückgehalten. Auf eine gute Abdichtung zwischen Filterkassette und Filtergehäuse ist zu achten.
Bei erhöhten lufthygienischen Anforderungen kann mittels Feinfilter eine zusätzliche, namhafte Reduktion
der Bakterien und Sporen erreicht werden. Vor Inbetriebnahme sollte eine gründliche Reinigung des
EWT-Rohres erfolgen. Danach sollten Erdwärmetauscher und Lüftungskomponenten regelmäßig kontrolliert
werden.
8. Soledefroster
Eine neue Möglichkeit zur Nutzung der Erdwärme für die Vorwärmung der angesaugten Außenluft ist der
Sole-Defroster. Hier wird über Sole die Erdwärme an die Außenluft abgegeben. Beim Sole-Defroster
kann (ebenso wie beim durchströmten Erdwärmetauscher) die Erdkühle im Sommer zur Abkühlung der
angesaugten Außenluft genutzt werden (die Luft wird von 30 °C auf 18 °C gekühlt.
Das System wird entweder dezentral vor jedem Lüftungsgerät oder zentral am Eintritt der Außenluft ins
Gebäude angeordnet. Um den Wärmetauscher vor Verschmutzung zu schützen, muss ein Außenluftfilter
dem Sole-Defroster vorgeschaltet werden.
Am Kondensatablauf wird der Anschluss eines Trockensiphons empfohlen.
Bild 23: Systemskizze
© Paul Wärmerückgewinnung • Feldstr. 12 • D-06749 Bitterfeld • Deutschland
Tel: +49(0)3493/402110 • Fax: +49(0)3493/402111• E-Mail: info@waermetauscher-paul.de • Internet: www.waermetauscher-paul.de
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Literatur:
[1] Protokollband Nr. 4, Seite III/16, Passivhaus-Institut Darmstadt
[2] Forschungsverbund Sonnenenergie ”Themen 97/98”: ”Luft-/Erdwärmetauscher EWT: Modellierung,
Auslegung und Betriebserfahrungen” von Gerber, Pfaffenrott, Dibrowski
[3] Messwerte Architekt Manfred Brausem (Köln) am eigenen Wohnhaus-Erd-WT
[4] Trümper, Hain, Albers: ”Wohnungslüftung-Energieeinsparung durch Wärmerückgewinnung und
vorgeschalteten Erdwärmetauscher” in TAB 4/92, S. 695 ff
[5] Sedlbauer, Lindauer, Werner: ”Erdreich/Luft-Wärmetauscher zur Wohnungslüftung” in Bauphysik
16 (1994) Heft 2, S. 3 - 7
[6] VDI-Wärmeatlas De 2/6/7
[7] Flückiger, Wanner, Lüthy: ”Mikrobielle Untersuchungen von Luftansaug-Erdregistern”, Eidgenössische
Technische Hochschule Zürich, Febr. 1997
[8] Henne: ”Luftleitungs-Erdwärmeübertrager” in Technik am Bau 1999, Heft 10, S. 55-58
[9] Albers: ”Untersuchungen zur Auslegung von Erdwärmeübertragern für die Konditionierung der Zuluft
für Wohngebäude” Dissertation, Universität Dortmund 1991
[10] Recknagel, Sprenger, Schramek: ”Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik”, R. Oldenbourg-
Verlag GmbH München, 1995
[11] GAEA Softwarelabor für Niedrigenergie- und Solararchitektur, Fachgebiet Bauphysik und Solarenergie
Ltg, Prof. Dr.-Ing. F.D. Heidt, Universität-GH Siegen, FB Physik
[12] WKMLTE: EMPA, Zentrum für Energie und Nachhaltigkeit im Bauwesen, Mark Zimmermann, Dübendorf
(Schweiz)
Stand: 18.05.09
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