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Erdwärme und Wärmepumpe

Erdwärme und Wärmepumpe

© Kadir Kaplan / iStock

Erdwärme wird inzwischen in vielen neu gebauten Einfamilienhäusern als Heizsystem genutzt. Aber auch in Altbauten wird bei der energetischen Sanierung häufig auf Erdwärmepumpen umgerüstet. Grund genug, sich intensiv mit den Möglichkeiten und der Technik von Erdwärme auseinanderzusetzen. Immonet gibt einen Überblick zum Thema Erdwärme und informiert über Wärmepumpen, die Vor- und Nachteile von Erdwärmesonden und Flächenkollektoren sowie über die Kosten für den Einbau.

Erdwärme ist mehr als eine Alternative für Hausbesitzer, denn sie sorgt für Unabhängigkeit. Bereits aus einem Kilowatt (KW) Strom lassen sich mit Erdwärme vier bis fünf KW Heizwärme generieren. Immonet gibt einen Überblick der wichtigsten Themen rund um Erdwärme.

Mit Erdwärme heizen
© Abbildung Viessmann Werke

Erdwärme richtig nutzen

Erdwärme bezeichnet im Allgemeinen die zum Heizen nutzbare Wärmeenergie der oberen Bodenschichten. In der Regel besteht eine Erdwärmeheizung aus Erdsonden oder einem Flächenkollektor und einer Wärmepumpe, die die Erdwärme auf das für die Immobilie notwendige Temperaturniveau „hochpumpt“.

Beide Komponenten sind immer in Abstimmung mit dem Heizwärmebedarf und der langfristigen Nutzung der Immobilie zu bestimmen. In der Praxis lassen sich mit einer fachmännisch geplanten Erdwärmeheizung energiesparende Neubauten als auch typische Bestandsimmobilien ökologisch und wirtschaftlich beheizen.

Wie funktioniert Erdwärme?

Um Erdwärme für eine Heizung nutzen zu können, muss die Wärme zunächst über einen Erdwärmetauscher gewonnen werden. Hier haben sich Erdsonden durchgesetzt, die mit einem Bohrgerät 50 bis 100 Meter tief auf dem Grundstück eingelassen werden. Ebenfalls beliebt sind Flächenkollektoren, die horizontal mit einem Kleinbagger in Tiefen von 1,50 bis 2 Metern auf dem Grundstück verlegt werden. In beiden Fällen zirkuliert im Erdwärmetauscher ein Wasser-Glykol-Gemisch, die sogenannte Sole. Die Sole entzieht dem Boden die Erdwärme und liefert sie an die Wärmepumpe. Auf diese Weise sinkt die Bodentemperatur während der Heizperiode von Oktober bis April um ein paar Grad ab. Im Sommer steigen die Bodentemperaturen durch Sonneneinstrahlung und Grundwasserströme wieder an.

Welche Probleme können auftreten?

Bei einem privat genutzten Einfamilienhaus sollten grundsätzlich etwa 75 Prozent des Heizwärmebedarfes als Erdwärme bereitstehen. Benötigen Sie eine vom Energieberater errechnete Heizleistung von zwölf Kilowatt, benötigen Sie folglich neun Kilowatt Erdwärme. Hierbei spricht man von der sogenannten Kälteentzugsleistung.

Durchschnittliche Erdwärmesonden liefern eine Leistung von 50 Watt pro Sondenmeter. Sie müssten also 180 Meter bohren, was man in der Praxis mit zwei Erdwärmesonden zu jeweils 90 Metern ausführen würde. Die Entzugsleistung eines Flächenkollektors liegt je nach Bodenverhältnissen, Betriebsstunden und Art des Kollektors in der Regel zwischen 20 und 40 Watt pro Quadratmeter. Bei 30 Watt pro Quadratmeter müsste überschlägig ermittelt, also eine Fläche von 300 Quadratmetern eingeplant werden. Werden weniger Meter verlegt oder gebohrt, kann dem Boden zu viel Erdwärme entzogen werden. Der Wärmepumpe stünde dann langfristig weniger Erdwärme zur Verfügung und man würde mehr Strom benötigen, um das Haus zu beheizen.

Was muss ich beim Heizen mit Erdwärme beachten?

Möchte man eine Erdwärmeheizung installieren, sollten zunächst die grundsätzlichen Voraussetzungen für eine Erdsonde oder einen Flächenkollektor geprüft werden. Als erstes sollte man in Erfahrung bringen, ob eine Erdwärmesonde überhaupt gebohrt werden darf. In der Regel erteilt die zuständige Behörde des Kreises oder der Stadt unkompliziert am Telefon Auskunft, ob das Grundstück beispielsweise in einem Wasserschutzgebiet liegt und daher nur eingeschränkt oder gar nicht gebohrt werden darf.

Bei der Verlegung eines Flächenkollektors sollte darauf geachtet werden, diesen auf einem ausreichend großen Rasenstück einzubringen. Wichtig ist dabei vor allem, eine nachträgliche Verschattung oder Austrocknung des Bodens zu vermeiden. Deshalb sollte schon bei der Planung berücksichtigt werden, dass der ausgewählte Grundstücksteil nur eingeschränkt bebaut oder bepflanzt werden darf.

Heizen mit Erdwärme: Welche Förderungen gibt es?

Erdwärme wird mit zinsgünstigen Krediten und Zuschüssen gefördert, beispielsweise von der KfW-Bank. Daneben gibt es auch die Möglichkeit, einen Zuschuss vom BAFA (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle) zu beantragen.

Erdwärme kann zum Beheizen und Klimatisieren von Immobilien genutzt werden. Dabei entzieht ein Tauscher dem Boden Wärme, die eine Pumpe in das benötigte Temperaturniveau umwandelt. In der Regel kommen dabei Flächenkollektoren und Erdwärmesonden zum Einsatz. Je nach Bedarf benötigt man unterschiedliche technische und energetische Ausführungen. Daher ist es wichtig, bereits vor der Planung genau zu prüfen, ob Erdwärmesonden oder Flächenkollektoren als Tauscher eingesetzt werden sollen. Finden Sie mit Immonet heraus, was zu Ihnen passt.

Erdwärmesonden oder Flächenkollektoren?
© immonet

Was muss man bei Erdwärmesonden beachten?

Erdwärmesonden haben den Vorteil, dass sie im Gegensatz zu Flächenkollektoren weniger Fläche benötigen und somit flexibler einsetzbar sind. Das macht sie für Bohrungen auf bebauten Grundstücken interessant. Zudem liefern Erdwärmesonden das ganze Jahr über eine konstante Temperatur. Es ist allerdings nicht immer einfach, eine Bohrgenehmigung für Erdsonden zu bekommen. Um Trinkwasser führende Schichten nicht zu verunreinigen, dürfen diese nicht durchbrochen werden. Gerade in Wasserschutzgebieten kann daher überhaupt nicht oder nur sehr eingeschränkt gebohrt werden. Müssen aufgrund einer Beschränkung statt zwei Bohrungen vier oder sechs durchgeführt werden, kann sich das Projekt erheblich verteuern.

Wie viel Erdwärme braucht eine Pumpe?

Grundsätzlich sollte zu Beginn eine Wärmebedarfsberechnung aufgestellt werden. Diese gibt Auskunft über die benötigte Leistungsgröße der Pumpe. Im Anschluss sollte anhand der Berechnung und der technischen Angaben die benötigte Leistung ermittelt werden. Ist das erledigt, muss man die Entzugsleistung des Bodens ermitteln. Diese kann in der Regel bei den geologischen Landesämtern erfragt werden und hängt von den geothermischen Gegebenheiten des Bodens sowie der Jahresbetriebsdauer und dem Volumenstrom des Erdwärmetauschers ab. Aus den Daten lassen sich die Größe der Erdwärmesonden und des Flächenkollektors ableiten. Die Richtlinien für die thermische Nutzung des Untergrundes (VDI-Norm 4640) helfen zur Orientierung.

Wie groß muss ein Flächenkollektor sein?

Nicht nur die Größe, sondern auch die Auswahl des richtigen Modells ist entscheidend. Engmaschige Flächenkollektoren mit sehr kleinem Rohrquerschnitt haben andere Eigenschaften als Flächenkollektoren mit großem Rohrquerschnitt. Hieraus ergibt sich wiederum ein bestimmter Wert für die Entzugsleistung. Sind die Werte bekannt, lässt sich die benötigte Kollektorfläche errechnen. Ist der Abstand zwischen den Rohren des Flächenkollektors zum Beispiel 50 bis 80 cm groß, errechnet sich die gesamt benötigte Rohrlänge mit der Kollektorfläche in Quadratmetern durch den gewählten Abstand.

Wie tief müssen Erdsondenbohrungen sein?

Bei der Bestimmung der Länge der Erdwärmesonden spielen die Entzugsleistung des Bodens und der Erdwärmesonde selbst eine wichtige Rolle. Teilt man die Kälteentzugsleistung durch die spezifische Entzugsleistung lässt sich die Länge ermitteln. Wichtig: Je tiefer man bohren darf, desto weniger Erdbohrungen benötigt man. Bei größeren Heizungen ab 50 Kilowatt empfiehlt es sich, die Entzugsleistung des Bodens vorher zu prüfen. Mit einem sogenannten „Thermal Response Test“ lässt sich feststellen, wie viel Erdwärme genutzt werden kann. Erst diese Ergebnisse sind eine verlässliche Grundlage.

Flächenkollektoren im Altbau: Aufwendig und teuer

Flächenkollektoren sind in der Regel die preiswertere Variante. Das gilt vor allem für Neubauten, denn hier sind ohnehin umfangreiche Erdarbeiten nötig. Die Installation eines Flächenkollektors im Altbau kann deutlich aufwendiger und teurer sein. Zudem sollte man beachten, dass bei einem Flächenkollektor die Entzugsleistung saisonal beeinflusst wird. Die Temperatur, die die Flächenkollektoren befördern, nimmt im Winter stärker ab als bei Erdwärmesonden. Zu klein ausgelegte Flächenkollektoren neigen zur Vereisung. Außerdem kann die Fläche über den Kollektor nur eingeschränkt genutzt werden, da man sie nicht bebauen sollte.

Wärmepumpen eignen sich sowohl für den Einsatz im Neubau als auch bei der Nachrüstung in Altbauten. Aufgrund der besonderen Technik müssen jedoch die Einsatzbedingungen stimmen, damit eine größtmögliche Energieeffizienz und eine damit verbundene Kostenersparnis realisiert werden können. Worauf Sie bei der Entscheidung für oder gegen eine Wärmepumpe achten müssen, fasst Immonet zusammen.

Wärmepumpe: Tipps für den Kauf
© Abbildung Viessmann Werke

Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Bei einer Wärmepumpe wird im Gegensatz zu anderen Heizungen kein Brennstoff verbrannt, sondern ein Kühlmittel komprimiert, das sich unter Druck erhitzt und die für das Heizsystem notwendige Temperatur erzeugt. Voraussetzung dafür ist, dass das Kühlmittel vorher verdampft wird. Hierzu werden Luftwärme, Wasserwärme oder Erdwärme genutzt. Während Wasser bei rund 100 Grad Celsius verdampft, reichen bereits die niedrigen Temperaturen der Umweltwärmequellen aus, um das Kühlmittel verdampfen zu lassen.

Grundsätzlich ist bei der Wärmepumpentechnik zu beachten, dass die Wärmepumpe umso effizienter arbeitet, je höher das Temperaturniveau der Umweltwärme ist. Der umgekehrte Fall gilt für den Heizkreislauf: Je niedriger die Temperaturanforderungen sind, desto weniger Strom muss für die Komprimierung des gasförmigen Kühlmittels eingesetzt werden.

Wann lohnt sich eine Wärmepumpe?

In der Praxis eignen sich Wärmepumpen in Kombination mit Flächenheizungen. Aufgrund des höheren Heizwasservolumens und dem Estrich als Speichermasse benötigen Fußboden- und Wandheizung im Gegensatz zu Heizkörpern nur Temperaturen von rund 30 Grad Celsius. Ein ähnlicher Zusammenhang besteht zwischen der Wärmepumpeneffizienz und der Wärmedämmung des Hauses. Unabhängig vom Heizungssystem lassen sich gut gedämmte Häuser mit geringeren Temperaturen beheizen als schlecht gedämmte Häuser. Da moderne Neubauten aus energetischer Sicht über eine qualitativ hochwertige Gebäudehülle und vielfach auch über Flächenheizungen verfügen, werden hier zu einem überwiegenden Teil Luftwärmepumpen und Erdwärmeheizungen eingesetzt.

Das kostet der Einbau einer Wärmepumpe

Der Preis einer Wärmepumpe richtet sich in erster Linie nach der Art der gewünschten Wärmequelle. Da bei Luftwärmepumpen im Gegensatz zu Erdwärmeheizungen kein sogenannter „Erdwärmetauscher“ benötigt wird, kann man für ein Einfamilienhaus je nach Hersteller mit Kosten von 12.000 bis 16.000 Euro für eine Komplettinstallation rechnen.

Erdwärmeheizungen dagegen sind deutlich teurer. Hier geht es bei rund 20.000 Euro für eine Wärmepumpe mit Erdsonden los. Wählt man einen Flächenkollektor, wird es etwas günstiger. Da Erdwärmeheizungen jedoch ganzjährig den „warmen“ Boden als Wärmequelle nutzen und Luftwärmepumpen im Winter lediglich die sehr kalte Luft, spielen sich die Mehrkosten für eine Erdwärmeheizung aufgrund der geringeren Heizkosten nach rund fünf Jahren wieder ein.

Die Vor- und Nachteile von Wärmepumpen

Zu den wesentlichen Vorteilen einer Wärmepumpe zählen deren Umweltfreundlichkeit und die niedrigen Heizkosten. Viele Hausbesitzer wollen sich mit einer Wärmepumpe aber auch unabhängig von den ständig steigenden Öl- und Gaspreisen machen. Daneben sprechen auch ganz praktische Gründe für eine Wärmepumpe: Sie ist einfach zu bedienen und sehr wartungsarm. Zudem lässt sie sich gerade in modernen Neubauten gut mit einer Solarwärme- oder Photovoltaikanlage kombinieren.

Der Nachteil von Wärmepumpen besteht darin, dass man bei der Auswahl, Planung und Installation nur auf wirklich spezialisierte Anbieter setzen sollte. Hierbei empfiehlt es sich, gezielt nach Referenzen zu fragen und nicht unbedingt dem günstigsten Anbieter den Zuschlag zu erteilen. Das kann sonst im Nachhinein recht teuer werden.