Erdwärmetauscher für kontrollierte Wohnraumlüftung

Was ist ein Erwärmetauscher

Der Erdwärmetauscher der kontrollierten Wohnraumlüftung (KWL) soll die angesaugte Luft mit Hilfe der Erdwärme vorwärmen. Dies geschieht durch ein Rohr, dass im Boden verlegt ist und durch das die Luft angesaugt wird. So gelingt es die Luft von bis zu -15° in den positiven Bereich zu bringen. Die Luft muss also um satte 15° weniger erwärmt werden. Prinzipiell mal ganz einfach, allerdings gibt es eine Vielzahl von Dingen zu beachten.

Vorteile

Die Vorteile liegen auf der Hand. Die Luft strömt durch die Erdvorwärmung im Winter bis zu 20 Grad wärmer ein. Dies bringt natürlich Energiegewinne.

Weiterer wesentlicher Vorteil ist, dass eine KWL-Anlage im Winter zur Vereisung neigt. Es ist deshalb üblicherweise eine elektrische Heizung eingebaut, die ein Vereisen notfalls durch elektrische Beheizung verhindert. Je besser der Wirkungsgrad der Lüftung, desto größer ist diese Gefahr. Durch die Erdvorwärmung kann die Vereisungsgefahr praktisch ausgeschlossen werden, bzw. die elektrische Vorwärmung (die ohnehin oft integriert ist) schaltet sich praktisch nie ein. Ob man sich traut ein Gerät ohne Vorwärmung einzusetzen ist Geschmackfrage…

Im Sommer wird die angesaugte Luft etwas vorgekühlt. Dieser Effekt ist sehr angenehm, wird aber gerne überschätzt. Die Kühlung die bei einem durchschnittlichen EFH erreicht wird wird durch ein Dachflächenfenster mit 1,5m2 Größe wieder aufgehoben. Verschattung ist also ungleich effizienter !!

Für ein Passivhaus ist eine Erdvorwärmung verpflichtend notwendig.

Kosten des Erwärmetauschers

Die Kosten einer Erdvorwärmung sind nicht gerade gering. Ansaugturm aus Edelstahl, teure Rohrleitung, diverse Anschlussstücke. Hier muss man mit einer Investition von mindestens 2-5000 Euro rechnen. Aber auch im Betrieb erzeugt der Wärmetauscher Kosten. Die Ventilatoren der KWL brauchen natürlich Energie um die Luft durch die Rohrleitung zu saugen. In der Übergangszeit kann auch durchaus die Ansaugung thermische Nachteile bringen. Um diese Nachteile auszuschalten gibt es auch Systeme, die mittels Temperaturfühlern entscheiden welche Ansaugung bei den bestehenden Temperaturverhältnissen effizienter ist und eine Stellklappe zwischen „normaler“ Aussenluft und erdvorgewärmter Luft umstellen. Eine gute Idee, wobei ich aber die Nachteile als überwiegend ansehe. (Kosten, laufender Betrieb, Störungen, Verluste durch angesaugte Fehlluft usw.)

Rohrwahl

Es gibt verschiedene Rohre am Markt, die zur Erdvorwärmung angeboten werden. Es werden folgende Anforderungen an das Rohr gestellt.

1. ungiftig, keine Ausgasungen etc.

2. luftdicht auch an allen Muffen etc.

3. möglichst geringer Reibungswiderstand der angesaugten Luft -> innen möglichst glatt und wenig Bögen, sowie grosser Durchmesser (min. 150mm, besser 200mm, darüber wird das Rohr zu teuer)

4. gut mit Gefälle verlegbar

5. möglichst geringen Wärmewiderstand, damit die Wärme möglichst gut übertragen werden kann.

Am Markt werden im wesentlichen folgende Varianten angeboten.

1. Schläuche. keine Muffen etc. nötig. Meistens aussen gerippt, innen glatt, was guten Wärmeübergang, und geringen Reibungswiderstand garantiert. Hauptnachteil (den ich aber als entscheiden empfinde) ist, dass ein Schlauch kaum mit einheitlichem Gefälle verlegt werden kann. Wölbt sich der Schlauch an einer Stelle ein wenig auf, so entsteht unweigerlich ein Tal in dem sich Kondenswasser sammelt. Eine hygienisch sehr bedenkliche Situation.

2. Rohre. Sind etwas unhandlich (5-6m Länge) aber gut verlegbar. Auf ein dichtes Muffensystem sollte geachtet werden. Das Material sollte möglichst ungiftig sein und guten Wärmeübergang bieten. (PP etc.) PVC Rohre werden aus diesem Grund meist nicht empfohlen. Meistens handelt es sich um ein 2 lagiges Rohr, dass wie die Schläuche innen glatt ist und aussen gewellt. Das soll besseren Wärmeübergang bieten, weil die Fläche aussen vergrößert wird. Blöderweise sind aber die Zwischenräume

3. Kanalrohre. Aus Kostengründen werden oft auch die orangen Kanalrohr verwendet. Die Rohrhersteller der Spezialrohre haben auch allerelei Gründe parat weshalb man besser die teureren Spazialrohre verwenden sollte. Verständlich ist das Argument dass man auf PVC Rohre verzichten sollte. (In anderen Bereichen ist man mit PVC nicht so empfindlich, aber gut) Es gibt aber auch Kanalrohre aus PP etc. Angeblich soll auch die Wärmeleitfähigkeit geringer sein. Messungen haben aber gezeigt, dass die Wärmeleitfähigkeit des Rohrs ohnehin nur sehr geringen Einfluss hat.

Ich persönlich hätte also keine Bedenken Kanalrohr aus PP einzusetzen. Hatte aber das Glück ein „gerilltes“ Rohr recht günstig zu bekommen. Einen Schlauch würde ich persönlich nicht verwenden.

Die Verlegung

Die ideale Länge des Rohrs wird verschieden zwischen 20 und 45 Metern (aber auch bis zu 80 Metern) angegeben und kann auch berechnet werden. (Hier gibt eine kostenlose Software unter Downloads.) Je länger das Rohr, desto mehr wird die Luft vorgewärmt, allerdings wird dieser Effekt mit größer werdender Länge immer schwächer, weshalb ab einer gewissen Länge der Energieverlust für die Ansaugung größer wird, als der Gewinn.

Das Rohr sollte in mindestens 1,5 Metern Tiefe verlegt werden. Es sollten möglichst wenige Bögen verwendet werden, parallele Rohr müssen mindestens 1 Meter Abstand haben. 2 x 45° Bögen sind besser als 90° Bögen (einerseits weniger Stömungswiderstand, andererseits besser zu reinigen. Da in der Übergangszeit sich im Rohr Kondensat bildet muss das Rohr mit Gefälle verlegt werden. Hier darf es keinesfalls dazu kommen, dass sich kleine Seen im Rohr bilden. Das Gefälle kann man Richtung Haus machen und z.B. im Keller entwässern, oder vom Haus weg legen und einen Schacht zur Entwässerung bilden. Man findet auch Grafiken, wo in der Mitte entwässert wird, was aber nicht zu empfehlen ist, weil in einem Schacht unweigerlich Fehlluft angesaugt wird. Hat man einen Keller zur Verfügung, wird man eher einen Schacht vermeiden, also zum Haus hin entwässern, weil ein Schacht immer gewisse Verunreinigungen ansammeln wird etc. Ausserdem könnte durch einen Schacht Radongas angesaugt werden, weshalb ich in radongefährdeten Gegenden hier besonders aufpassen würde. Nicht umsonst wird die Luft nicht in Bodennähe sondern aus wenigstens einem Meter Höhe angesaugt. Hat man keinen Keller bleibt nur die Entwässerung über den Schacht. Hier sollte man aber auf eine Dichte Systemlösung achten. Prinzipiell könnte man auch über ein Sifon einen radondichten Schacht machen, was ich aber bis jetzt noch nicht gesehen habe. Die Radongefahr wird meist von den Lüftungsfirmen nicht erwähnt, kann aber durchaus problematisch werden. Mehr zur Radonproblematik findet man hier. Prinzipiell sei aber auch erwähnt, dass eine kontrolierte Wohnraumlüftung eine der besten Möglichkeiten ist die Radonbelastung in den Wohnräumen zu senken.

Hygiene

Nicht nur bei der Erdvorwärmung sondern auch bei der Lüftung generell wird oft die Hygiene als problematisch dargestellt. Nach sehr ausgiebiger Recherche im Internet konnte ich aber eigentlich nur Berichte finden, wonach bei korrekter Verlegung auch über Jahrzehnte kein Problem besteht. Die Rohre können auch kontrolliert und gereinigt werden, was aber eigentlich nicht notwendig sein sollte. Es muss in jedem Fall ein Filter an der Ansaugung verwendet werden und dieser muss auch regelmäßig gewechselt werden.

Alternative Sole Erdwärmetauscher

Neuere Alternative ist ein Sole Erdwärmetauscher. Hier wird nicht die Luft direkt erwärmt, sondern eine Soleflüssigkeit, die wiederum ihre Wärme in einem Wärmetauscher an die Luft abgibt. Verlegt wird hier ein etwa 100m langer PE Schlauch in dem die Sole von einer Pumpe angetrieben zirkuliert. Das System hat unbestreitbare Vorteile. Die Verlegung ist einfacher, weil kein Gefälle eingehalten werden muss etc. Für mich größtes Gegenargument ist aber der zusätzliche technische Aufwand in einer ohenhin bereits unüberblickbaren Haustechnik. Man braucht für den Sole-EWT natürlich Steuerung, Pumpe, Wärmetauscher etc. Wird alles irgendwann kaputt. Preislich ist eine Sole-EWT nicht viel teurer als eine normale Erdvorwärmung. Im Betrieb braucht sie allerdings mehr Strom. Ist weder eine Kühlung noch eine Erwärmung der Luft erwünscht, dann kann sie allerdings ausgeschaltet werden.