Sole/Wasser-Wärmepumpen: Heizen mit Erdwärme

Dass Sole/Wasser-Wärmepumpen mit deutlich höheren Installationskosten verbunden sind, lässt sich nicht bestreiten. Sie nutzen zur Heizwärmeerzeugung die thermische Energie des Erdreichs – und um diese zu erschließen, führt kein Weg an Baumaßnahmen vorbei. Mittels Bohrung oder Erdaushub erfolgt die Verlegung von Kunststoffleitungen ins Erdreich, die dann ein Gemisch aus Frostschutzmittel und Wasser – der sogenannten Sole – durchströmt. Die Flüssigkeit nimmt die thermische Energie des Erdreichs auf und transportiert sie weiter zur Wärmepumpe, wo sie auf den Kältemittelkreislauf übertragen wird.

Je tiefer, je gewinnträchtiger

Abhängig von der Verlegungsart der Soleleitungen fallen die Kosten für die Baumaßnahmen sehr unterschiedlich aus. Entscheiden können sich Eigentümer zwischen einer horizontalen oder vertikalen Verlegung, wobei letztere die deutlich kostenintensivere Option darstellt. Bei der vertikalen Verlegung werden Erdsonden bis zu mehrere hundert Meter tief ins Erdreich eingebracht. Grundsätzlich gilt hier: Je tiefer das Bohrloch, desto teurer ist zwar die Bohrung – umso höher fällt aber auch der Energiegewinn aus. Pro Meter wird eine Entzugsleistung zwischen 40 und 100 W erreicht. Übliche Bohrtiefen für den Wärmebedarf von Privathäusern liegen normalerweise zwischen 50 und 100 m, in genehmigten Sonderfällen auch bei bis zu 300 m.

Die notwendige Tiefe der Bohrlöcher hängt letztlich auch von der Entzugsleistung der vorhandenen Gesteinsschichten ab: Besonders effektiv arbeiten Erdwärmesonden in harten Gesteinsschichten wie Granit oder Kalk; auch ein gut durchfeuchteter Lehm-, Kies- oder Löß-Boden ist geeignet. In lockeren Böden hingegen, wie sie auch in der Nähe von Braunkohlerevieren zu finden sind, ist die Wärmeentzugsleistung aufgrund der Hohlräume und Lufteinschließungen weitaus geringer. Abhängig von der Gesteinszusammensetzung und dem vorhandenen Platz können auch mehrere, dafür aber weniger tiefe Bohrungen mit einem Abstand von 6 m zueinander vorgenommen werden.

Zweifache Wohnfläche benötigt

Günstiger gestaltet sich die Wärmerückgewinnung mit horizontal verlegten Flächenkollektoren. Sie finden besonders dort Einsatz, wo aufgrund der Gefahr von Verunreinigungen keine Soleleitungen erlaubt sind, etwa in Trinkwasser- und Heilquellenschutz- oder Trinkwassergewinnungsgebieten. Ähnlich wie bei einer Fußbodenheizung erfolgt die Verlegung der Flächenkollektoren in Schlangenlinien in einer Tiefe ab 1,5 m – also unterhalb der Frostgrenze – neben dem zu beheizenden Gebäude. Dort erhitzt die Sole in erster Linie die Wärmeenergie der auf das Erdreich fallenden Sonnenstrahlen. Im Gegensatz zur Erdsondenbohrung muss die Verlegung der Kollektoren nicht behördlich genehmigt werden. Allerdings ist der Platzbedarf weitaus höher. Für die Beheizung eines Gebäudes ist eine Freifläche erforderlich, die doppelt so groß ist wie die im Gebäude zu beheizende Fläche. Ein Einfamilienhaus mit 150 m² Wohnfläche benötigt demnach 300 m² Kollektorfäche. Diese darf weder versiegelt, noch bebaut oder mit tiefwurzelnden Pflanzen bestückt werden.

Nicht zuletzt gibt es mit Erdwärmekörben und Grabenkollektoren zwei weitere Optionen, die lohnenswerte Alternativen zu Flächenkollektoren darstellen, bislang aber weitaus weniger populär sind. Beide Lösungen werden oberflächennah installiert und können aufgrund ihrer speziellen Form – Erdwärmekörbe werden spiralförmig, Grabenkollektoren in Schlaufen verlegt – den Flächenverbrauch bei gleichbleibend hoher Entnahmeleistung entscheidend verringern.

Hohe Jahresarbeitszahl und Effizienz

Eine Erdwärmepumpe mag aufgrund der zeit- und kostenintensiven Installation für viele Anwender auf den ersten Blick gar nicht erst infrage zu kommen – dass sie der Luftwärmepumpe damit grundsätzlich unterlegen ist, erweist sich jedoch als weitverbreitete Fehleinschätzung. Tatsächlich bieten Erdwärmepumpen gegenüber der Luftwärmepumpe entscheidende Vorteile, wodurch sie sich – je nach benötigter Heizleistung, dem zu erwartenden Heizwärmebedarf, Gebäudestandort sowie Budget und Zeitplan des Anwenders – sogar als sinnvollere Option herausstellen können.

So arbeiten Erdwärmepumpen etwa weitaus energieeffizienter, weil sie über das Erdreich ganzjährig konstante Temperaturen im Plusgradbereich beziehen können. Insbesondere im Winter ist der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Vorlauftemperatur viel geringer als bei Luftwärmepumpen. Im Durchschnitt erreichen sie somit deutlich höhere Jahresarbeitszahlen (JAZ). Das bestätigt auch eine 2018 und 2019 durchgeführte Studie des Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme: Im Bestand kommen Luftwärmepumpen durchschnittlich auf eine JAZ von 3,1; Erdwärmepumpen auf eine JAZ von 4,1. Die höchstmögliche Effizienz erreichen sie dann, wenn über Erdsonden die thermische Energie tieferer Erdschichten erschlossen wird.

Langlebige Sondenbohrungen

Auf lange Sicht und bei hohen Bedarfen lohnt sich also der Aufwand für die Bohrungen. Denn das unterirdische System einer Erdwärmepumpe weist – bei geringem Wartungsaufwand – eine Lebensdauer von mindestens 200 Jahren auf. Die Kosten für die Erschließung des Erdreichs als Wärmequelle sind daher nicht ausschließlich dem ersten Wärmepumpensystem anzulasten, da auch noch nachfolgende Systeme diese Quelle nutzen können. Einen weiteren Vorteil bieten Erdwärmepumpen im Hinblick auf die Geräuschentwicklung. Da sie im Gegensatz zu Luftwärmepumpen keine Luft bewegen müssen und damit keinen Ventilator zum Ansaugen der Umgebungsluft benötigen, arbeiten sie besonders geräuscharm – tatsächlich gilt ihr Lautstärkepegel als vernachlässigbar. Luftwärmepumpen hingegen produzieren aufgrund des Ventilatorbetriebs deutlich mehr Geräusche und können je nach Umgebungssituation nicht uneingeschränkt eingesetzt werden.

Standardisierte Systemlösungen vereinfachen Installation

Für die unkomplizierte Erdwärmepumpenmontage im Neubau bietet Stiebel Eltron zum Beispiel eine kompakte Wärmepumpe mit integriertem Warmwasserspeicher an; das Set für den Bestand umfasst eine Kombination aus Wärmepumpe und separatem Integralspeicher. Beide Sets sind montagefreundlich konzipiert, verbrauchen nur wenig Aufstellfläche und erzielen Vorlauftemperaturen von bis zu 75 °C, mit denen sich selbst klassische Altbauten effektiv beheizen lassen.

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