Hochleistungs-Erdwärmesonden aus vernetztem Polyethylen

(14.11.2006) In der Gebäudetechnik sowie in der Gas-, Trinkwasser- und Fernwärmeversorgung haben sich Rohre aus vernetztem Polyethylen etabiert, da sie gegenüber der unvernetzten Variante deutlich verbesserte mechanische und thermische Eigenschaften aufweisen. Nun sind auch Erdwärmesonden aus vernetztem Polyethylen verfügbar. So können die Vorteile des Materials hinsichtlich Sicherheit und Zuverlässigkeit auch für diese Anwendung genutzt werden.

Um Erdwärme zur Beheizung von Gebäuden zu nutzen, muss diese dem Boden ...

• entweder durch horizontal verlegte Kollektorrohren in etwa 1,5 Metern Tiefe
• oder durch vertikal eingebrachte Erdwärmesonden üblicherweise in bis zu 100 Metern Tiefe

... entzogen und mittels einer Wärmepumpe auf das für Heizzwecke erforderliche Temperaturniveau gebracht werden. Erdwärmesonden bestehen in der Regel aus zwei Polyethylenrohren, an deren unterem Ende ein U-förmiges Formteil angeschweißt ist. Meist werden zwei solche Rohrschleifen verwendet und bilden zusammen eine so genannte "Doppel-U-Sonde" (Bild rechts aus unvernetztem Polyethylen).

Wenn Herstellung, Transport und Einbau von Erdwärmesonden aus unvernetztem Polyethylen ordnungsgemäß ablaufen, weisen sie eine hohe Lebenserwartung auf. Allerdings verzeiht diese Bauform nur wenig Fehler. Beispielsweise dürfen auf Druckrohre aus unvernetztem Polyethylen im eingebauten Zustand keine Punktlasten, wie durch einzelne Steine, ausgeübt werden. Wenn der Einbau nicht mit entsprechend großer Vorsicht und keine sorgfältige Sandbettung um die Rohre erfolgt, muss mit Rissbildung und anschließendem Rohrbruch gerechnet werden. Erdwärmesonden aus unvernetztem Polyethylen müssen zudem an ihrem unteren Ende durch Schweißungen verbunden werden. Fachgerecht ausgeführt, sind sie annähernd so haltbar wie das Rohr - aber Schweißnähte sind immer potenzielle Fehlerquellen. Schäden an Erdwärmesonden bedeuten nicht nur, dass die Erdwärmesonde verloren ist, sondern zusätzlich beeinträchtigt aus der Sonde austretendes Frostschutzmittel (Glykol) die Grundwasserqualität.

Erdwärmesonden aus vernetztem Polyethylen sollen / wollen dagegen neue Maßstäbe hinsichtlich Sicherheit und Leistungsfähigkeit setzen. Die Vernetzung des Materials bewirkt, dass bei der Handhabung eingebrachte Riefen nicht weiter wachsen können und das Rohr wie die daraus gefertigte Erdwärmesonde resistent gegenüber - selbst dauerhaft wirkenden - Punktlasten sind. Zusätzlich können sehr kleine Biegeradien hergestellt werden, so dass eine U-förmige Erdwärmesonde aus nur einem einzigen Rohr hergestellt werden kann. Dadurch entsteht keine Rohrverbindung und somit auch keine potenzielle Fehlerstelle.

Vernetztes Polyethylen verspricht für Anwendungen, bei denen eine Erdwärmesondenanlage nicht nur zum Heizen, sondern auch zum Kühlen verwendet wird, noch weitere Vorteile. Bei heutigen Bürogebäuden ist die Kühllast meist mindestens so groß wie die Heizlast. Das Abführen der Wärme mittels Kältemaschine und Erdwärmesonden in den Boden ist zudem ökologisch und ökonomisch höchst vorteilhaft. An der Abwärmeseite der Wärmepumpe treten dabei oft Temperaturen von 45°C oder mehr auf. In diesem Temperaturbereich beginnt die Dauerbelastbarkeit von unvernetztem Polyethylen bereits merklich nachzulassen und weist kaum noch Sicherheitsreserven auf. Im Gegensatz dazu kann vernetztes Polyethylen, das zum Beispiel in Fernwärmeleitungen bei Temperaturen von bis zu 95°C eingesetzt wird, auch im Kühlfall mit hohen Sicherheitsreserven eingesetzt werden.

Der Polymerverarbeiter REHAU hat mit RAUGEO sonde PE-Xa eine Erdwärmesonde entwickelt, die besonders zuverlässige und sicher sei. Die U-förmige Biegung am Sondenfuß ist dabei noch zusätzlich mit einem glasfaserverstärkten Kunststoff armiert und geschützt. Dieser ist so geformt, dass damit zwei Sonden kreuzweise miteinander verbunden und optional noch ein Gewicht zum leichteren Einführen in das Bohrloch angebracht werden kann.