Beschaffung von Erde für Heizung und Kühlung - news-337

Sue Butler beschloss, dass es an der Zeit war, sich von fossilen Brennstoffen zu trennen. Als ihr veralteter Gasofen ersetzt werden musste, wandte sie sich auf der Suche nach einer Lösung an die Erde.

Sie installierte ein geothermisches System - auch Erdwärmepumpe, Wasserwärmepumpe oder Geo-Austauschsystem genannt -, das seit kurzem ihr Haus in Cambridge, Massachusetts, heizt und kühlt. Butler sagte, dass sie aus Gründen des Umweltschutzes und der Besorgnis über Kohlenmonoxid aus der Verbrennung von Erdgas motiviert war.

"Es ist nicht so viel teurer und ich könnte es schaffen. Und es bedeutet, dass keine Verbrennung mehr stattfindet und das Gebäude nicht mehr mit Kohlenstoff belastet wird, was dringend notwendig ist", sagte sie.

Erdwärmepumpen gibt es schon seit Jahrzehnten, aber jedes Jahr scheinen mehr Hausbesitzer und Unternehmen auf der Suche nach Alternativen zur herkömmlichen Raumheizung und -kühlung zu sein. Sie können an bestehende Warmluft- und Warmwassersysteme angeschlossen werden, nicht aber an Dampfheizungen.

Seit 2006 hat die nahe gelegene Harvard University im Rahmen ihrer Green-Campus-Initiative sechs Erdwärmepumpen installiert. Verwaltungsgebäude und Sporteinrichtungen sind bereits in Betrieb, zwei weitere Gebäude sind geplant.

Der Pumpenraum in einem Mehrfamilienhaus in Fitchburg, Massachusetts.

(Kredit:MassInnovation)

Ein Immobilienentwickler, MassInnovation, hat die Geothermie zu einem integralen Bestandteil seiner ökologischen Wohn- und Bürogebäude gemacht. Nachdem bereits ein Seniorenzentrum mit Geothermie ausgestattet wurde, plant das Unternehmen nun den Umbau einer riesigen Fabrik aus dem 19. Jahrhundert in eine der größten Geothermieanlagen in Neuengland, so CEO Robert Ansin.

Menschen, die sich für Geothermie entscheiden, sind in der Regel entweder daran interessiert, weil es sich um eine saubere Energietechnologie handelt, oder weil sie den Preisen für fossile Brennstoffe entkommen wollen, sagte Diona Roberg, die Betriebsleiterin von Water Energy Distributors, die Geothermie-Systeme von ClimateMaster vertreibt.

"Das Geschäft ist außer Kontrolle - wir können kaum mithalten", sagt Roberg. Etwa die Hälfte der Kunden entscheidet sich für Geothermie, um Heiz- und Kühlkosten zu sparen. Der anderen Hälfte ist es egal, was es kostet, sie wollen einfach nur umweltfreundlich sein", so Roberg. Das Familienunternehmen hat seine Größe in den letzten vier Jahren verdoppelt.

Offener und geschlossener Kreislauf
Streng genommen ist die Bezeichnung "geothermisches System" falsch, denn sie impliziert die Nutzung der Erdwärme, die bereits in großem Umfang für die Stromversorgung von Versorgungsunternehmen genutzt wird. Diese geothermische Energie - und ihr Ableger, die erweiterte Geothermie - funktioniert nur in bestimmten Regionen und mit einer anderen Technologie.

Anstatt die Erdwärme zu nutzen, machen sich Erdwärmepumpen, die an Gebäuden angebracht sind, die konstante Temperatur des Erdbodens oder tiefer Wasserquellen zunutze. Sie behandeln die Erde wie eine riesige Energiesparkasse, die je nach Jahreszeit Wärme einlagert oder entnimmt.

Zwei übereinander gestapelte Erdwärmepumpeneinheiten. Die Wärme wird dem Wasser entzogen oder hinzugefügt, das in den Boden gepumpt wird.

(Kredit:Martin LaMonica/china-heatpump.com)

Im Sommer pumpen die Systeme die Raumwärme in den Untergrund und nutzen die niedrigeren Temperaturen der Erde, um ein Gebäude zu kühlen. In den kälteren Monaten funktioniert derselbe Prozess in umgekehrter Weise, wobei die Wärme aus dem Erdreich zur Erwärmung der Raumluft genutzt wird.

Wärmepumpen in Innenräumen sind kastenförmige Wärmepumpen, die entweder Wasser oder eine Arbeitsflüssigkeit, wie z. B. Frostschutzmittel, in den Boden ziehen und wieder herausdrücken. Mit dem gleichen Kompressorkreislauf wie bei einem Kühlschrank entzieht ein Wärmetauscher der zirkulierenden Flüssigkeit Energie, um ein Gebäude entweder zu heizen oder zu kühlen.

Es gibt eine Reihe verschiedener Konfigurationen für die Flüssigkeitsübertragungsschleifen - entweder mehrere hundert Meter tiefe Wasserbrunnen, die als die effizientesten gelten, oder Spulen, die nur wenige Meter unter der Erde gegraben werden können. Andere nutzen ein Gewässer wie einen Teich als Wärmesenke.

Unabhängig vom Typ gelten Erdwärmepumpen jedoch als eine der effizientesten Formen des Heizens und Kühlens.

Laut der International Ground Source Heat Pump Association mit Sitz in Stillwater, Oklahoma, ist Erdwärme beim Heizen 50 bis 70 Prozent effizienter als andere Systeme. Nach Angaben des US-Energieministeriums verbraucht eine Erdwärmepumpe 25 % bis 50 % weniger Strom als herkömmliche Heiz- und Kühlsysteme.

Roberg sagte, dass die Wartungskosten für geothermische Systeme nur halb so hoch sind wie die Kosten für herkömmliche Heiz- und Kühlsysteme. Die Amortisationszeit für geothermische Systeme, die früher etwa sieben Jahre betrug, liegt heute in der Regel bei vier Jahren, sagte sie. Kürzlich verabschiedete Bundesanreize für erneuerbare Energien beinhalten nun eine Steuergutschrift von $2.000 pro Jahr.

Grüne Kante
Aber selbst mit diesen Vorteilen ist die geothermische Heizung und Kühlung immer noch ein relatives Nischenprodukt, von dem nach Angaben des Energieministeriums jährlich etwa 50.000 Anlagen in den USA installiert werden.

Ein Grund dafür sind die Vorlaufkosten. Alles in allem ist eine geothermische Heiz- und Kühlanlage, einschließlich der Rohrleitungen, etwa 50 Prozent teurer als ein auf fossilen Brennstoffen basierendes System, so Roberg.

Die Bohrungen machen in der Regel den größten Teil der Rechnung aus, da sie allein Zehntausende von Dollar kosten können. Die Geotauschpumpen selbst können laut Butler zwischen $17.000 und $30.000 kosten.

Experten warnen davor, dass die Installation dieser Systeme sehr standortspezifisch ist - eine mangelhafte Installation von Kanälen kann beispielsweise zu einer unzureichenden Leistung des Geräts führen.

Einige Entwickler haben berichtet, dass Pumpen, die die meiste Zeit des Jahres damit verbringen, Wärme in den Untergrund zu pumpen, und nur wenig Zeit damit verbringen, Wärme aus dem Untergrund zu ziehen, mit der Zeit nicht mehr so gut funktionieren.

Bei der Analyse der ersten sechs geothermischen Systeme (klicken Sie für PDF) stellte Harvard eine Reihe von Problemen bei der Installation fest, die mit der Auslegung der Brunnen und dem Verständnis der unterirdischen Wasserressourcen zusammenhängen.

Eine eher subtile Herausforderung ist der Status quo. Hausbesitzer, die sich nicht mit geothermischen Systemen auskennen, installieren das, was Bauunternehmer - die ebenfalls nicht mit der Technologie vertraut sind - empfehlen.

Ansin vom Entwickler MassInnovation begegnete dieser institutionellen Skepsis aus erster Hand, als er eine verlassene Schuhfabrik in Fitchburg, Massachusetts, renovierte.

Er wollte einen beträchtlichen Teil seines Gesamtbudgets - etwa $500.000 - für einen Standard-Industrieofen und eine Kältemaschine ausgeben, als er zufällig einen befreundeten Bohrer traf, der ihm vorschlug, dass Erdwärmepumpen günstiger sein könnten.

Ansin hatte noch nie etwas von Erdwärme gehört, aber als er sich damit befasste, erkannte er, dass sie sowohl kosteneffizient sein könnte als auch die Möglichkeit bietet, seine Gebäude auf andere Weise als nur durch den Standort zu differenzieren. Die Anlage mit dem Namen Anwelt Heritage Apartments wird als umweltfreundliches Gebäude vermarktet, das eine Erdwärmepumpe und eine Solaranlage nutzt.

Das System ist etwa halb so teuer wie die herkömmliche Anlage, sagte Ansin, der jetzt Teilhaber eines Bohrunternehmens ist. Er gibt die niedrigeren Stromkosten an die Bewohner der 86 Wohnungen weiter, die weniger als die Hälfte der bisherigen Stromrechnungen zahlen.

Er ist von der Technologie begeistert, gibt aber zu, dass die Geothermie-Branche im Vergleich zum traditionellen Heiz- und Kühlgeschäft noch nicht ausgereift ist.

"Obwohl es Wärmepumpen und geothermische Raumklimatisierung schon seit einiger Zeit gibt, gilt sie immer noch als ein sehr neuer Markt, und deshalb gibt es nicht annähernd genug Bauunternehmer und Ingenieure", sagte er und fügte hinzu, dass eine Installation die Koordination verschiedener Bauunternehmer erfordern kann. "Solange es keine Lösung aus einer Hand gibt, wird sie leider nicht annähernd so allgegenwärtig sein, wie sie es sein könnte.