Erdwärmeübertrager

Ein Erdwärmeübertrager (EWT), oder auch Erdreichwärmeübertrager, Erdwärmetauscher oder Luftbrunnen ist ein System zum Erwärmen oder Abkühlen von Luft, die meist für Lüftungsanlagen von Gebäuden eingesetzt wird.

Aufbau

Es gibt unterschiedliche Arten des Aufbaus eines Erdwärmeübertrager, Systeme, die die Erdwärme direkt nutzen und Sole-Erdwärmeübertrager, bei den solegefüllte Leitungen die Erdwärme vorher sammeln.

Rohre oder Schläuche z.B. aus Kunststoff oder Beton werden im Erdreich verlegt. Der Anfang des Rohrsystems ist oberirdisch, das Ende zum Beispiel an der Lüftungsanlage. Durch einen Ventilator wird Luft angesaugt und durch das System gefördert. Der Durchmesser kann wenige Zentimeter bis viele Meter betragen, die Gesamtlänge bis zu hundert Meter.

Ein anderer Aufbau kommt mit weniger Gesamtlänge aus und fördert die Luft mit direktem „Erdkontakt“. Dazu wird ein Graben oder eine Grube mit Kies oder anderem grobem Material gefüllt. Im Material beginnt ein Rohr und endet an einem Ventilator. Auch hier wird Luft angesaugt und durch die Zwischenräume des groben Materials transportiert. Dieses System wurde schon in der Antike verwendet.

Eine einfache Variante einer Luftvorwärmung stellt ein sogenannter „Luftsiphon“ dar, der am Boden eines ungenutzten Hausbrunnens endet oder in einen Hausbrunnen mündet (ein Luftsiphon ist ein Lüftungsrohr, das von einem ausgeschnittenen Kellerfenster oder einer vergitterten extra Lüftungsöffnung normalerweise zum Kellerboden führt und ungefähr 10 cm über dem Boden endet. Dadurch kann zwar Frischluft zu einer Heizanlage einfließen, warme aufsteigende Raumluft aber nicht nach außen abfließen). Kalte Zuluft von außen sinkt dabei zum Boden des Hausbrunnens, erwärmt sich an den Wänden des Brunnens und steigt auf. Für eine allfällige Feuchteaufnahme wäre Wärme erforderlich. Das System wird nur bei ungenutzten Hausbrunnen angewandt, bei benutzten Hausbrunnen besteht die Gefahr, dass die Wasserleitung einfriert, außerdem ist für eine geeignete Brunnenabdeckung zu sorgen.

Bei Wintergärten wird mitunter ein sogenanntes „Hypotauscher“-System eingesetzt, mit dem eine Überhitzung bzw. Zugluftprobleme vermieden werden können. In der warmen Luft im Wintergarten verdunstet Wasser (Gießwasser oder Springbrunnenwasser), die aufgestiegene feuchte Luft wird an der höchsten Stelle des Wintergartens abgesaugt und durch Hypokausten-Rohre am kälteren Boden geleitet. Dort kondensiert der Wasserdampf und die freigesetzte Kondensationswärme wird an den Boden abgegeben. Die feuchtearme, aber deswegen nicht unbedingt kalte Luft wird dann wieder in den Wintergarten geleitet, um im Kreislauf den Wintergarten abzukühlen.

Arbeitsweise

Die Temperatur der transportierten Luft gleicht sich beim Durchströmen des Systems der Erdtemperatur an. In gut dimensionierten Anlagen kann sich die Lufttemperatur um bis zu 10 Grad ändern. Das Prinzip stimmt grundsätzlich mit dem Erdwärmekollektor, der mit flüssigen Medien arbeitet, überein.

Verfahren

Die Temperatur des oberen Erdreichs folgt dem Jahresverlauf der Umgebungstemperatur. Je näher an der Oberfläche desto näher am Tagesdurchschnitt, je tiefer desto gedämpfter und phasenverschoben zu den Jahreszeiten. Ab etwa sechs Metern Tiefe ist die Temperatur konstant.

Diese Temperaturdifferenz macht man sich zu Nutze:

• Ist die Außenluft kälter als das Erdreich, so wird die Luft, bevor sie in das Gebäude geleitet wird, durch das Erdreich erwärmt.
• Umgekehrt wird bei sehr warmen Wetter die einströmende Außenluft durch das Erdreich gekühlt.

In beiden Arbeitsrichtungen wird Energie getauscht; dem Erdreich wird Wärme entzogen bzw. dem Erdreich Wärme zugeführt.

Siehe auch Wärmeübertragung

Trivia

Die angesaugte Luft kann in Gebäuden mittels einer Lüftungsanlage, vorzugsweise mit Wärmerückgewinnung, verteilt beziehungsweise zugeführt werden. Bei Lufttemperaturen unter 0 °C kann sich innerhalb der Wärmerückgewinnungseinrichtung Kondensat bilden und zu Eis gefrieren. Um dies zu vermeiden kann man einen Erdwärmeübertrager verwenden. Zum anderen steigert sich die Rückwärmezahl der Lüftungsanlage.

Ebenfalls kann der Erdwärmeübertrager vor einer Luftwärmepumpe montiert werden.

Im System entsteht bei warmer Luft (an den kalten Oberflächen des Systems) Kondensat, diese sollte abgeleitet werden.

Antike Versionen zur Wassergewinnung und Nachbau

Schon in der Antike waren Luftbrunnen (französisch „Puits aerien“, englisch „Air well“ (condenser)) bekannt. Sie dienten der Raumkühlung und Wassergewinnung aus der Luft. Die bisher älteste bekannte Anlage dieser Art ist der Luftbrunnen, der von den Hunnen zerstörten, ursprünglich griechischen Kolonie Teodosia auf der Krim, aus dem 4. Jahrhundert v. Chr.

Das Prinzip beruht auf der hohen Temperaturdifferenz zwischen Außen- und Innen- bzw. zwischen Tages- und Nachttemperatur, die die Luftfeuchtigkeit kondensieren lässt. Der belgische Ingenieur Achille Knapen erbaute 1931 nach diesem Prinzip auf einem 600 Meter hohen Hügel über Trans-en-Provence einen Luftbrunnen. Der nur noch als Ruine bestehende Turmbau in Trans-en-Provence ist etwa 45 Meter hoch und hat Wanddicken bis zu 10 Meter. Der Brunnen produzierte allerdings nur fünf Liter Wasser pro Nacht.

Ob es möglicherweise ältere Brunnen gibt, welche dem Konstruktionsprinzip des in der Oeconomische Encyclopädie von Johann Georg Krünitz beschriebenen unterirdischen Luftbrunnens entsprechen, wird derzeit von Archäologen und Ingenieuren anhand des Brunnens von Santa Cristina bei Paulilatino in Sardinien diskutiert und erforscht. Von besonderem Interesse ist dabei, ob die produzierte Menge an Wasser ausreichend war, um das Konstruktionsprinzip als Erbauungsgrund zu definieren.

Gefahren

Durch Kontakt mit Bodengestein kann die Radonbelastung der Raumluft steigen. Eine Verunreinigung der transportierten Luft mit Radon (infolge eines undichten Rohrsystems, direktem Kontakt des porösen Materials mit Erdreich oder radonbelastendem Gestein bei Schotterschüttung) sollte daher aus gesundheitlichen Gründen vermieden werden.

Literatur

• Luftbrunnen. In: J. G. Krünitz: Oeconomische Encyclopädie. Band 81, 1801, S. 372f.

Weblinks

• Erdwärmetauscher bei energiesparhaus.at
• EWT-Planungsleitfaden
• Infos zum Luftbrunnen

Siehe auch

• Hypokaustum
• Luftkollektor