Die Erdwärmepumpe – Vorteile, Funktionsweise und Voraussetzungen

In Zeiten rasant steigender Energiepreise werdet ihr euch als angehende Bauherren sicherlich bereits über alternative Heizungssysteme informiert haben. Eine viel diskutierte Möglichkeit, euer zukünftiges Eigenheim sowohl zu heizen als auch zu kühlen, stellt die Erdwärmepumpe dar. Heizen mit Geothermie bietet den Vorteil einer kostenfreien Energiequelle. Welche Investitionen und Genehmigungen für die Nutzung von Erdwärme erforderlich sind und wie eine Erdwärmepumpe überhaupt funktioniert, erfahrt ihr in diesem Beitrag.

Was versteht man unter einer Erdwärmepumpe?

Geothermie ist der Begriff für die Wärmeenergie, die im Inneren der Erde verborgen liegt. Da durch die Bewegungen im Erdmantel stets Energie freigesetzt wird, ist diese praktisch in unerschöpflichem Ausmaß vorhanden. In aktiven oder ehemaligen Vulkanregionen, welche im Geothermie-Fachjargon als Hochenthalpie-Lagerstätten bezeichnet werden, steigt Wärme aus dem Erdinneren sehr nah an der Oberfläche auf und kann direkt zum Heizen angezapft werden. Geologisch nicht aktive Regionen – oder Niederenthalpie-Lagerstätten – sind für eine direkte Nutzung von Erdwärme nicht geeignet, erweisen sich jedoch als nützliche Energielieferanten für Erdwärmepumpen.

Um dieses Energiereservoir zu erschließen und die Vorteile der Erdwärmepumpe nutzen zu können, ist es notwendig, eine Sondenbohrung auf dem Grundstück vorzunehmen. Für den Transport der Sole durch die Rohrleitungen benötigt ihr die Wärmepumpe und einen Kompressor. Beide Geräte werden mit Strom betrieben, was bei der Berechnung der tatsächlichen Betriebskosten nicht vergessen werden sollte. Je nach Leistung der jeweiligen Geräte und der Größe der Wohnfläche können zwischen 6.000 und 6.500 kWh einkalkuliert werden.

Die häufigste Art der Wärmeübertragung bei der Nutzung von Wärmepumpen erfolgt unter Einsatz von Wasser als vorübergehenden Speicher. Erdwärmepumpen funktionieren jedoch mit einem Gemisch aus Wasser und einem Frostschutzmittel, welches verhindert, dass die Sole bei Temperaturen im negativen Bereich gefriert.

Heizen mit Geothermie – wie funktioniert die Erdwärmepumpe?

1. Erdwärmepumpe mit Wärmetauscher

Viele Eigenheimbesitzer, die sich für Geothermie als Heizmöglichkeit entschieden haben, nutzen die Erdwärmepumpe, um die geothermale Energie unter der Erdoberfläche zu speichern und in die Heizkörper zu transportieren. In den meisten Fällen wird die Pumpe oberirdisch neben dem Wohnhaus installiert. Diese ist an Rohre angeschlossen, welche zuvor je nach Bodenbeschaffenheit häufig Dutzende, manchmal auch Hunderte von Metern in das Erdreich eingelassen wurden. Die exakte Länge der Rohrleitungen ist von der Tiefe abhängig, in der das optimale Energiepotential für die jeweilige Region vermutet wird.

Durch die Pumpe gelangt nun ein Gemisch aus kaltem Wasser und Frostschutzmittel in die Leitungen. In einem nächsten Schritt erwärmt die geothermische Energie des Erdreichs die Sole. Tritt diese wieder an die Oberfläche, wird die Wärme durch ein Wärmeaustauschsystem aus den Rohrleitungen entnommen und in Warmluft umgewandelt. Dieser Wärmetauscher wird elektrisch betrieben und leitet Warmluft in die Wohnräume.

Die inzwischen erkaltete Sole fließt zurück in die Rohrleitungen. Es handelt sich hierbei also um einen Kreislauf, durch den keinerlei Abfälle oder Emissionen verursacht werden. Die Vorteile der Erdwärmepumpe liegen auf der Hand: Es handelt sich bei dieser Technologie um ein besonders effizientes System. In der heißen Jahreszeit lässt sich zudem der Kreislauf umkehren, um das Eigenheim zu kühlen.

2. Das Hot-Dry-Rock-Verfahren

Eine seltenere Methode, das Heizen mit Geothermie zu bewerkstelligen, ist die als Hot-Dry-Rock-Verfahren bekannte Technologie. Dabei handelt es sich um ein System, welches in Regionen zum Einsatz kommt, wo geothermisch relevante Schichten unter der Oberfläche praktisch nicht existieren.

Die Bohrung führt in diesen Fällen bis in die darunter befindlichen Gesteinsschichten hinein. Durch die permanente Plattentektonik verfügt das Gestein über ein hohes Maß an natürlicher Wärme. Bei dieser Methode wird ebenfalls ein Wassergemisch durch die Rohre geleitet. Das erwärmte Wasser kann anschließend genutzt werden, um eine Turbine anzutreiben.

3. Erdwärmepumpe in der Kombination mit einem Flächenkollektor

Wie der Name schon sagt, arbeitet diese Version der Erdwärmepumpe in der Fläche und nicht mithilfe von Tiefenbohrungen. Die Flächenkollektoren werden in einer geringen Tiefe von anderthalb Metern unterhalb der Frostgrenze verlegt. Das daraus resultierende Rohrsystem gleicht den Leitungen einer Fußbodenheizung und schlängelt sich über weite Teile des Grundstücks.

Die für die Erdkollektoren benötigte Fläche ist abhängig von der zu beheizenden Wohnfläche. Kollektoren dieser Bauart sind in der Regel von einer Genehmigungspflicht befreit, müssen aber angezeigt werden. Es ist daher wichtig, sich beim zuständigen Bauamt über die geltenden Regelungen zu informieren. Außerdem darf die Fläche oberhalb der Kollektoren weder bebaut noch versiegelt werden.

4. Geothermie mit Grabenkollektoren oder Erdwärmekörben

Da nicht alle Hauseigentümer über genügend Grundstücksfläche verfügen, um Option 3 zu realisieren, ist die Nutzung von Erdwärme mittels Grabenkollektoren eine weitere Variante, das Eigenheim zu beheizen. Erdwärmekörbe werden in einer Tiefe von bis zu vier Metern in das Erdreich eingesetzt. Bohrungen sind bei dieser Methode nicht notwendig, was Vorarbeiten und Planung erleichtert.

Für die Grabenkollektoren verlegt das Heizungsunternehmen Rohrleitungen in bis zu drei Metern tiefen Gräben, die je nach Grundstücksform angepasst werden können. Allerdings dürfen auch bei diesen beiden Varianten weder Körbe noch Gräben überbaut oder versiegelt werden.

Welche Voraussetzungen müssen für die Installation einer Erdwärmepumpe erfüllt werden?

Ob die Installation einer Erdwärmepumpe für euer Eigenheim in Frage kommt, muss zunächst durch ein obligatorisches Gutachten festgestellt werden. Hierfür ist es notwendig, den Grundstücksboden fachkundig zu untersuchen, um die Bodenbeschaffenheit zu klären. Abhängig von lokalen Vorschriften kann es vorkommen, dass zusätzlich zu den Genehmigungen durch Tiefbaubehörde oder Landratsamt ein bergbautechnisches Zulassungsverfahren erforderlich ist. Einige Faktoren, die die Installation von Erdwärmesonden unmöglich machen, sind folgende Kriterien:

• ihr baut in einer Bergbauregionen
• das Erdreich ist sehr porös
• aus dem Boden austretendes Grundwasser
• extrem mineralisiertes Grundwasser
• Grundwasser mit Kohlenstoffdioxideinschlüssen

Weitere Faktoren können dazu führen, dass in eurem Fall das Heizen mit Geothermie nicht umsetzbar ist. Einzelfallprüfungen von Experten geben beispielsweise darüber Aufschluss, ob es sich bei einem Baugrundstück um sehr wasserhaltiges Erdreich mit einem hohen Lehmanteil handelt. Außerdem kann ein felsiger Boden den Einsatz eines Bohrers unmöglich machen. Daher raten wir euch, zuerst die Voraussetzungen eindeutig abzuklären, bevor ihr eine detaillierte Planung der Erdwärmeheizung vorantreibt.

Vorteile der Erdwärmepumpe

Erdwärme erweist sich als eine besonders beständige und verlässliche Energiequelle. Sogar im Winter liegt die Temperatur in den für Geothermie nutzbaren Schichten konstant bei 10 °C. Zudem existieren unterschiedliche Verfahren der Wärmespeicherung, die individuell an die örtlichen Voraussetzungen angepasst werden können.

Die Vorteile bei der Nutzung von Graben- bzw. Flächenkollektoren sind eindeutig: Mit diesen Technologien vermeidet ihr umständliche und langwierige Genehmigungsverfahren. Darüber hinaus gilt Erdwärme als besonders klimafreundlich und wird daher mit großzügigeren staatlichen Fördermitteln bedacht als herkömmliche Luft-Wasser-Wärmepumpen. Betriebs- und Wartungskosten sind im Vergleich zu anderen Heizsystemen relativ niedrig, was zur Folge hat, dass sich die höheren Anschaffungskosten zügig amortisieren.

Einige Nachteile der Erdwärmepumpe

Ganz frei von Unwägbarkeiten ist das Heizen mit Geothermie allerdings nicht. Als Stolpersteine erweisen sich immer wieder die behördlichen Genehmigungsverfahren, welche für Tiefenbohrungen notwendig sind. Zudem kann sich eine Bohrung als sehr kostenintensiv erweisen, was sich nur selten im Voraus kalkulieren lässt.

Auch wenn das Heizen mit Erdwärme selbst kostenlos ist, benötigen sowohl Pumpen als auch Wärmetauscher Strom. Je nach Anlage und Wohnfläche können diese unterschiedlich ausfallen.

Welche Faktoren sollten bei der Planung beachtet werden?

Neben den bereits erörterten Voraussetzungen und Fragen, solltet ihr darauf achten, mit einem Fachbetrieb zusammenzuarbeiten, der nicht nur kompetent ist, sondern eure Bedürfnisse berücksichtigt und sein Angebot individuell an eure Situation anpasst. Dazu ist es wichtig, die Frage zu klären, wozu die Erdwärmepumpe benötigt wird. Soll sie ausschließlich als Heizung dienen oder ist auch eine Kühlfunktion für die Sommermonate gewünscht?

Um die tatsächliche Effizienz einer Erdwärmepumpe zu kalkulieren, ist es wichtig, die Jahresarbeitszahl zu kennen bzw. zu berechnen. Ein direkter Vergleich zu anderen Heizsystemen kann daher verschiedene Technologien auf ihren Wirkungsgrad überprüfen. Die Jahresarbeitszahl (JAZ) sollte hier als Richtwert dienen, da sie die zugeführte Energie ins Verhältnis zur abgegebenen Energie setzt. Ermittelt wird die Jahresarbeitszahl mittels Strom- und Wärmemengenzähler.

Allgemein wird empfohlen, niedrige Vorlauftemperaturen anzustreben. Für einen Neubau sollten nicht mehr als 35 Grad Celsius anfallen. Diese Kennzahl ist mit einer guten Dämmung zu erreichen und sollte bei jeglicher Planung des Heizsystems immer mitgedacht werden.

Fazit

Ob sich eine Erdwärmepumpe für euch lohnt, kann nur eine genaue Kalkulation inklusive Vergleichsdaten mit anderen Heizsystemen klären. Die Technologie befindet sich in stetiger Weiterentwicklung und birgt große Chancen in Bezug auf Klimaschutz und die Erschließung regenerativer Energien.

Kosten für Bohrungen können gegebenenfalls deutlich höher ausfallen als zunächst berechnet. Daher solltet ihr über einigen finanziellen Spielraum verfügen und nicht zu kurzfristig planen. Jedoch gleicht ein vergleichsweise günstiger Betrieb die hohen Anschaffungskosten nach einigen Jahren aus. Heizen mit Geothermie ist daher vor allem dann interessant, wenn ihr wirklich langfristig plant und möglicherweise noch die Zukunft eurer Kinder im Blick habt!