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Spülen und Füllen von Erdwärmesonden und Erdkollektoren

Autoren
OldBo
18.12.2018
Bei dem Füllen von Erdwärmesonden- bzw. Erdkollektorenanlagen werden häufig Fehler gemacht, die dazu führen, dass die geforderte Heizleistung nicht vollständig erbracht wird oder die Anlage total ausfällt.
Schema für den Spül- und Füllvorgang
 Schema für den Spül- und Füllvorgang
Quelle: AWP
Mindestspüldauer für 32 mm Sonden
 Mindestspüldauer für 32 mm Sonden
Quelle: AWP
Bei dem Füllen von Erdwärmesonden- bzw. Erdkollektorenanlagen werden häufig Fehler gemacht, die dazu führen, dass die geforderte Heizleistung nicht vollständig erbracht wird oder die Anlage total ausfällt. Folgende Dinge müssen besonders beachtet werden:
Nach dem Einbau der Erdwärmesonde darf kein Schmutz (Sand, Kiesel) in den Sondenkreislauf gelangen.  Die Rohrenden (Sondenkopf) müssen unmittelbar nach dem Einbau von der zuständigen Bohrfirma gut verschlossen werden (PE-Schweisskappe oder sehr gutes Klebeband). Verunreinigungen können bei der Umwälzpumpe oder beim Verdampfer der Wärmepumpe grosse Schäden verursachen.
Die richtig berechnete Menge FrostschutzmitteFrostschutzmittel">l muss dem Füllwasser in einer Mischvorrichtung gut durchmischt direkt eingefüllt werden, damit aufgrund der Zähflüssigkeit des Konzentrates einzelne Erdwärmesonden nicht abgeschnitten werden. abgeklemmt werden und Sonden mit zu wenig Frostschutzmittel oder der Verdampfer nicht einfrieren können. Hierzu muss ein Misch-/Füllfass und eine Jetpumpe oder eine Pumpe mit ausreichender Förderhöhe (Förderdruck) eingesetzt werden.
Wenn die Solekonzentration von der Berechnung abweicht, kann zu Frost- und Korrosionsschäden kommen.
Vor dem Füllen der Erdwärmesondenanlage ist unbedingt der Vordruck des Membran-Druckausdehnungsgefäßes (MAG) zu prüfen bzw. einzustellen (0.5 bis 1.5 bar oder nach Angabe des WP-Herstellers). Der Einbau eines Kappenventils für die Spülung und spätere Wartungen ist immer sinnvoll.
Vor dem Füllen der Sonden müssen die Umwälzpumpe und der Verdampfer mit sauberem Leitungswasser mit Druck von Verunreinigungen durch Schweissperlen, Sand,  Kiesel und Schmutz (Ziehfettbeläge, Rostteilchen) gespült. Erst danach darf jeder Kreis der Anlage einzeln gespült und entlüftet werden. Die Spülzeit (2 bis 0 Minuten oder bis blasernfreies sauberes Wasser zurückkommt) ist von dem Spüldruck, der Nennweite und der Länge der Rohrleitungen abhängig.

Nach dem Spülen ist eine Druckprüfung bzw. Dichtheitsprüfung  (z. B. Kontraktionsverfahren) durchzuführen.

Immer wieder gibt es Erdsonden- und Erdkollektoranlagen, die die geforderte Heizleistung nicht erbringen oder ganz ausfallen. Bei der Überprüfung wird dann festgestellt, dass die Anlagen nicht fachgerecht erstellt bzw. nicht mit der nötigen Sorgfalt mit Frostschutz gefüllt worden sind.
Folgende Punkte sollten beachtet werden:

  • Bei oder nach dem Einbau der Erdwärmesonde oder Erdkollektors kann Schmutz (Sand, Steine, Pflanzenteile) in den Sondenkreislauf gelangen. Deshalb ist darauf zu achten, dass die Rohrenden im Sondenkopf bzw. Verteilerschacht unmittelbar nach dem Einbau von der zuständigen Bohrfirma bzw. dem Ersteller des Kollektors gut verschlossen werden (PE­Schweisskappe oder sehr gutes Klebeband). Verunreinigungen können bei der Umwälzpumpe oder beim Verdampfer der Wärmepumpe erhebliche Schäden verursachen. Auch eine Biofilmbildung ist möglich. Deshalb sollte nur sauberes Wasser (Leitungswasser) in die Erdwärmesonden bzw. Kollektoren eingefüllt wird.
  • Nur eine richtig berechnete Frostschutzmittelmenge, die mit einer entsprechenden Mischvorrichtung eingefüllt wird, führt zu einem störungsfreien Betrieb. Wenn das Konzentrat direkt eingefüllt wird, können aufgrund der Zähflüssigkeit des Konzentrates einzelne Erdwärmesonden- bzw. Kollektorkreise abgeschnitten werden. In den restlichen Kreisen zirkuliert mehr oder weniger nur Wasser, das beim Betrieb der Wärmepumpe gefrieren und somit auch den Verdampfer zerstören kann. Deshalb ist eine richtige Durchmischung der Soleflüssigkeit vor dem Füllen der Anlage besonders wichtig.
  • Eine falsche Berechnung der Solekonzentration kann zu Frost- und Korrosionsschäden führen. Heutzutage gibt es Spezialanlagen, die mit 100% reinem Wasser betrieben werden. Hier muss beachtet werden, dass diese Anlagen eine ganz andere Auslegung der Erdwärmesonden- bzw. Kollektormeter erfordern.
  • Die Konzentration des Frostschutzmittels muss mindestens so gewählt werden, dass eine Frostsicherheit nach den WP­Hersteller­Angaben gewährleistet ist und die geforderte Minimalkonzentration des Frostschutzmittel­Herstellers eingehalten wird (Schutz vor Verschlammung [Biofouling] und Korrosion). Für eine bessere Wärmeübertragung und eine geringere Pumpenleistung sollte jedoch die Frostschutzkonzentration so gering wie möglich sein.
  • Eine Befüllung mit einer Fertigmischung, welche die obigen Anforderungen erfüllt, ist empfehlenswert.
Beispiel
Übliche Inhalte für Erdwärmesonden ergeben sich aus den üblichen Rohrdurchmessern (Inhalt pro Meter bei Polyethylen-Rohr (PE) mit folgenden Nennweiten: DN 32 (32 x 2.9 mm) > 2.16 Liter (4 x 0.539 Liter), DN 40 (40 x 3.7 mm) > 3.36 Liter (4 x 0.838 Liter).

Die erforderliche Durchmischung mit 100%-igem Frostschutzkonzentrat ist folgender Maßen vorzunehmen: 140 m Doppel-U-Erdwärmesonden mit einem Durchmesser von DN 32; erforderliche Konzentration > 25 %

  • Berechnung des Volumens eines Erdwärmesondenkreises; eine Doppel-U-Erdwärmesonde besteht aus zwei Kreisen! Ein Erdwärmesondenkreislauf mit je einem Vor- und einem Rücklauf hat ein Volumen von 302.4 Liter (140 m x 2.16 l/m)
  • Anteil des notwendigen Frostschutzkonzentrates: 75.6 Liter (25 % von 302.4 Liter)
  • Damit sich das Konzentrat im Fass mischen kann, müssen zusätzliche 40 Liter Gemisch ins Fass geleert werden (10 Liter Konzentrat und 30 Liter Wasser). Als Hilfe sind am Fass Volumenmarkierungen anzubringen.
  • Das bereitgestellte Frostschutzkonzentrat ist ins Mischfass zu leeren.
  • Die Schieber zum Verdampfer schliessen.
  • Die Absperrhähne eines Stranges (nicht beide Stränge der Erdwärmesonde) öffnen.
  • Den Entleerschlauch aus dem Fass nehmen und in einen Abfluss legen.
  • Die Füllpumpe (Jetpumpe mit genügend Leistung) einschalten und laufen lassen, bis nur noch 40 Liter im Fass sind. Dann Füllpumpe sofort abschalten. Aus dem Entleerschlauch fliesst während dieses Vorgangs das überflüssige Leitungswasser in den Abfluss.
  • Den Entleerschlauch ins Fass stecken und die Füllpumpe erneut einschalten und so lange laufen lassen, bis sich das Frostschutzkonzentrat und das Wasser gut vermischt haben. Die benötigte Zeit beträgt ca. das 6-fache der Spülzeit.
  • Die Füllhähne beim Entleerschlauch und anschliessend beim Erdwärmesondenverteiler schliessen. Über das Überdruckventil (2,5 bar) fliesst das überflüssige Gemisch zurück in das Fass. Die Füllpumpe abschalten. Im Fass befinden sich noch beinahe 40 Liter Gemisch. Ein Teil wurde durch die Expansion der Erdwärmesonden aufgenommen.
  • Bei relativ langen Erdwärmesonden und bei schlechter Mischung spricht das Überdruckventil beim Fass an und verbessert damit das Mischen.
  • Die Mischung für jeden weiteren Kreis einer Erdwärmsondenanlage ist wie vorstehend vorzunehmen
  • Wenn alle Erdwärmesondenkreise gefüllt sind, müssen noch die Verbindungsleitungen zur Wärmepumpe und der Verdampfer der Wärmepumpe gefüllt werden. Zu diesem Zweck sind alle Hähne zu den Erdwärmesonden zu schliessen und die Hähne zum Verdampfer zu öffnen. Sorgfältig wird nun der Rest des Gemisches über den Hahn am Füllschlauch hineingepumpt. Das Wasser im Verdampfer entweicht über den Entleerschlauch. Sobald am Entleerschlauch Frostschutzgemisch austritt (Farbänderung), ist der Hahn zu schliessen. Über den Pumpendruck wird das Ausdehnungsgefäß bis auf vorgesehenen Druck gefüllt. Zuletzt ist der Hahn am Füllschlauch zu schliessen. Es besteht nun Gewähr dafür, dass die Erdwärmesondenanlage schmutzfrei, mit richtiger Konzentration und auf korrekten Betriebsdruck (0,5 bar über Vordruck des Ausdehnungsgefässes) gefüllt ist. Quelle: Technische Merkblätter AWP

Nach dem Füllen müssen in der Regel die Kreise noch einmal luftfreigespült werden.

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