Sole-Wasser-Wärmepumpen gewinnen Energie aus dem Erdreich

Die Erde ist ein riesiger, nahezu unerschöpflicher Wärmespeicher und gleichzeitig eine der wichtigsten Wärmequellen überhaupt. Ab einer bestimmten Tiefe hat das Erdreich eine Grundtemperatur von etwa zehn Grad Celsius. Im Vergleich zur Umgebungsluft ist die Temperatur sehr konstant. Das bedeutet, auch wenn die obere Erdschicht vereist ist, können Erdwärmepumpen weiterhin effizient arbeiten, da der Unterschied zwischen der Wärmequelle und der Vorlauftemperatur auch im Winter verhältnismäßig gering bleibt.

Die Funktionsweise einer Sole-Wasser-Wärmepumpe

Wie alle anderen Wärmepumpen funktioniert eine Sole-Wasser-Wärmepumpe nach dem gleichen Prinzip: Zunächst wird thermische Energie aus dem Erdreich gewonnen und anschließend zum Kältemittel geleitet. Dieses verdampft und wird zusätzlich mithilfe eines Verdichters komprimiert. Dabei erhöht sich nicht nur der Druck, sondern auch seine Temperatur. Die dabei entstehende Wärme wird von einem Wärmetauscher (Verflüssiger) aufgenommen und an das Heizsystem weitergeleitet. Wie dieser Prozess im Detail aussieht, erklärt der Abschnitt Funktionsweise der Sole-Wasser-Wärmepumpe.

Das Bild zeigt schematisch, wie die Sole-Wasser-Wärmepumpe funktioniert

Sole-Wasser-Wärmepumpe

[1] Vitocal Sole/Wasser-Wärmepumpe
[2] Speicher-Wassererwärmer
[3] Heizwasser-Pufferspeicher

Möglichkeiten zur Wärmegewinnung

Die Erdwärme lässt sich auf zwei Arten gewinnen: entweder über Erdkollektoren, die oberflächennah verlegt werden oder über Erdsonden, die bis zu 100 Meter tief in die Erde vordringen.

Erdkollektoren werden unterirdisch verlegt

Für die Gewinnung der Erdwärme wird ein Rohrsystem waagerecht und schlangenförmig unterhalb der Frostgrenze verlegt. Die Tiefe beträgt dabei etwa ein bis zwei Meter unter der Rasen- oder Erdoberfläche. Im Rohrsystem zirkuliert eine Sole aus frostsicherer Flüssigkeit, die die thermische Energie aufnimmt und dem Wärmetauscher übergibt. Wie groß die benötigte Kollektorfläche sein muss, hängt unter anderem vom Heizbedarf des betreffenden Gebäudes ab. In der Praxis beträgt sie das 1,5 bis 2-fache der zu beheizenden Fläche.

Erdkollektoren nehmen Wärmeenergie aus dem oberflächennahen Bereich auf. Die Energie wird durch Sonneneinstrahlung und Regenwasser bereitgestellt. Daher spielt die Bodenbeschaffenheit für den Energieertrag der Kollektoren eine entscheidende Rolle. Wichtig ist, dass die Fläche über dem Rohrsystem nicht asphaltiert oder zugebaut wird. Worauf beim Verlegen der Erdkollektoren noch geachtet werden muss, lesen Sie im Abschnitt Erdkollektoren für Sole-Wasser-Wärmepumpen.

Erdsonden gewinnen Wärme aus tieferen Erdschichten

Eine Alternative zu Erdkollektoren sind Erdsonden. Mithilfe von Bohrungen werden die Erdsonden vertikal oder schräg in die Erde eingelassen. Auch sie durchfließt eine Sole, die in einer Tiefe von 40 bis 100 Metern die Erdwärme aufnimmt und sie an einen Wärmetauscher weitergibt. Da ab einer Tiefe von etwa zehn Metern die Temperatur das ganze Jahr über konstant bleibt, arbeiten Erdsonden auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen effizient. Sie benötigen im Vergleich zu Erdkollektoren zudem nur wenig Platz und können auch im Sommer hervorragend zum Kühlen verwendet werden. Wie tief die Bohrung sein muss, hängt auch hier vom Heizbedarf und von der Wärmeleitfähigkeit des Bodens ab. Da bei einer Bohrung bis zu 100 Metern mehrere grundwasserführende Schichten durchbrochen werden, sind für Erdbohrungen immer Genehmigungen einzuholen.
 

Genehmigung für Erdbohrungen

Möchten Anlagenbesitzer ihre Sole-Wasser-Wärmepumpe mithilfe von Erdsonden betreiben, müssen sie behördliche Genehmigungen durch die unteren Wasserbehörden einholen. Da die Anforderungen von Bundesland zu Bundesland variieren können, sollten Interessenten im Vorfeld Informationen einholen.

Anders als bei Erdsonden ist für die Installation von Erdkollektoren keine Genehmigung notwendig. Die Arbeit muss lediglich angezeigt werden. Experten empfehlen dennoch, das geplante Vorhaben mit der zuständigen Verwaltungsbehörde abzustimmen, um die Machbarkeit und Voraussetzungen aus wasserwirtschaftlicher Sicht abzuklären. Das verhindert auch unnötige Planungskosten und ist in den meisten Fällen kostenfrei. Die Auskunft kann in einigen Fällen telefonisch erteilt werden.

Förderung der Sole-Wasser-Wärmepumpe

Wer sich für den Kauf einer Sole-Wasser-Wärmepumpe entscheidet, kann mit finanziellen Hilfen vom Staat rechnen. Auf der einen Seite fördert das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) die Investition mit mindestens 4.000 Euro. Auf der anderen Seite erleichtert die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) den Kauf mit zinsgünstigen Darlehen bzw. attraktiven Tilgungszuschüssen. Ausführliche Informationen zu diesem Thema finden Sie im Abschnitt Förderung der Wärmepumpe.
 

Vorteile und Förderung einer Erdwärmepumpe

Die Nutzung einer Erdwärmepumpe bietet zahlreiche Vorteile. Zu den wichtigsten gehören:

  • Kostenfreie Wärmequelle, die zu jeder Tageszeit zur Verfügung steht
  • Betrieb dank konstant hoher Temperatur auch im Winter effizient
  • Lässt sich auch im Sommer zum Natural Cooling nutzen
  • Hohe staatliche Fördermittel

Sole-Wasser-Wärmepumpen

Sole-Wasser-Wärmepumpen nutzen das Erdreich als primäre Energiequelle, entweder mit Erdkollektoren oder mit Erdsonden. Steht Wasser als Wärmequelle zur Verfügung, werden Wasser-Wasser-Wärmepumpen eingesetzt.