Energie aus der Erde: Heizen mit Erdwärme

von B.Eng. Thomas Höniger

Wenn Sie ein Haus bauen oder Ihr Gebäude energetisch sanieren möchten, stehen Sie zwangsläufig vor der Frage: Welches Heizsystem ist das beste? Sie haben die Wahl zwischen regenerativen Heizungen wie einer Wärmepumpe, konventionellen Gas- und Ölheizungen oder auch der Beheizung mit Strom. Im Bereich der erneuerbaren Energien gibt es seit Jahren einen wachsenden Markt, der sich speziell mit Erdwärme beschäftigt. Wie funktioniert das Heizen mit Erdwärme und welche Voraussetzungen müssen erfüllt werden?

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Inhaltsverzeichnis

Geothermie: Wie können Sie die Erdwärme zum Heizen nutzen?

Die aus der Erdwärme gewonnene Energie ist thermische Energie. Diese Wärmeenergie ist in der Erde gespeichert und kann vom Menschen verarbeitet werden. Der Grund für diese Wärme: Im Erdkern herrschen Temperaturen von 4.500 bis 6.500°C. Je tiefer Firmen graben, desto höher ist deswegen auch die Erdwärme. Daraus ergeben sich sogenannte Temperaturschichten.

Die Nutzung der Wärme scheint simpel: Die Erde anbohren und die Wärme abzapfen. Doch so einfach ist es nicht: Die Erdwärme wird zwar nur der ersten Schicht, also der Erdkruste entnommen, da keine Temperaturen über 70°C benötigt werden, aber schon hier sind durch die jeweils spezifischen Bodengegebenheiten Schwierigkeiten vorhanden. Außerdem setzen die deutschen Normen und Gesetze weitere Schranken.

Die Lösung: Experten entziehen die Erdwärme über Flächenkollektoren oder Tiefenbohrungen. Bei den Bohrungen werden Erdwärmesonden in den Boden eingeführt. Diese Sonden bestehen üblicherweise aus zwei Rohrschleifen, durch die ein Wärmeträgermedium führt. Je tiefer gebohrt wird, desto höher sind die Temperaturen. Anschließend wird das Loch wieder verfüllt.

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Heizen mit Erdwärmeanlagen: Welche spezifischen Anforderungen sind nötig?

Für die Beheizung mit einer Erdwärmepumpe benötigen sie ein geologisches Bodengutachten und die Genehmigung für Erdbohrungen. Weitere Anforderungen sind in den meisten Fällen nicht nötig. Entgegen weit verbreiteter Meinungen beheizen Wärmepumpen auch Bestandsgebäude zuverlässig über alle vier Jahreszeiten.

Wollen Sie Ihre Heizungsanlage allerdings generell optimieren, sind folgende Bedingungen für jeden Haushalt empfehlenswert:

Große Wärmeübertragungsflächen (zum Beispiel Fußbodenheizung) – so senken Sie Ihre Vorlauftemperatur und steigern die Effizienz Ihres Systems
Gut gedämmtes Gebäude, um die Heizlast zu verringern und die Wärmeverluste zu minimieren

Systembausteine beim Heizen mit Erdwärme

Der Grundaufbau der Gebäudetechnik ist bei Erdwärmepumpen fast immer gleich und besteht aus folgenden Teilen:
Sole/Wasser-Wärmepumpe (in der Regel zur Innenaufstellung)
Wärmeübertragungsflächen
Erdwärmekollektoren (Flächenkollektoren oder Erdwärmesonden)
Gegebenenfalls Pufferspeicher

Die Wärmepumpe

Die Wärmepumpe ist das Herzstück eines Erdwärme-Heizsystems. Sie sollten Sie auf die Bedürfnisse des Gebäudes und Ihr Nutzerverhalten abstimmen lassen. Der Vergleichsfaktor hierfür ist die Heizlast. Diese beschreibt im Allgemeinen, wie viel Wärme Sie benötigen, um das Gebäude im Winter zu beheizen. Dazu zählen auch der Warmwasserverbrauch und die Verluste durch eventuelle Undichtigkeiten in der Gebäudehülle.

Um die Wärmepumpe effektiv zu betreiben, sollten Sie diese nach der Heizlast auslegen. Ist die Wärmepumpe richtig ausgelegt, können Sie Ihr Gebäude im Winter mit der entzogenen thermischen Energie auf die gewünschte Temperatur erwärmen.

Ein Anzeichen für eine optimale Auslegung sind lange Laufzeiten der Wärmepumpe. Sind die Laufzeiten sehr kurz oder die Stromkosten für den Betrieb der Erdwärmepumpe ungewöhnlich hoch, kann es sein, dass die Wärmepumpe nicht optimal ausgelegt ist.

Die Wärmepumpe übergibt die Umweltwärme, die aus den Flächenkollektoren oder den Erdwärmesonden kommt, über den Verdampfer an den internen Kreislauf der Erdwärmepumpe. Anschließend komprimiert der Verdichter die Wärme, um die Temperatur auf das gewünschte Niveau anzuheben. Der Verdichter benötigt zum Verdichten nur etwas Strom. Der zweite Wärmetauscher ist der Verflüssiger. Er gibt die Wärme an den Heizkreis ab.

Funktionsweise einer Erdwärmepumpe Grafik — Eine Erdwärmepumpe kann entweder mittels einer Erdwärmesonde oder mehrerer Erdwärmekollektoren Wärme aus dem Boden ziehen und zum Heizen nutzen.

Die Erdkollektoren

Erdkollektoren transportieren die Erdwärme (Umweltwärme) zur Wärmepumpe. Die Kollektoren sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich. Experten unterscheiden zwischen Flächenkollektoren und Erdsonden. Wenn Tiefenbohrungen nicht möglich sind, stellen letztere eine gute Alternative dar. Die Flächenkollektoren werden in die Erde eingelassen und die Fläche anschließend wieder verfüllt. Dazu ist eine Installationstiefe von zirka eineinhalb Metern notwendig.

Sowohl die Tiefe als auch die Anzahl der Bohrungen richten sich nach der möglichen Wärmeentzugsleistung des Bodens. Diese können Gutachter im Vorfeld der Tiefenbohrung relativ präzise abschätzen. Die gesamte mögliche Wärmeentzugsleistung muss so groß sein, dass sie den benötigten Wärmebedarf im Gebäude deckt.

Der Pufferspeicher

Ein Pufferspeicher unterstützt Ihre Wärmepumpe, indem er das erwärmte Wasser zwischenspeichert. Dadurch können Sie eventuelle Sperrzeiten überbrücken oder Wärme erzeugen, wenn Sie sie nicht sofort benötigen, aber sie gerade sehr günstig ist. Sperrzeiten entstehen, wenn Sie die Wärmepumpe über einen günstigeren Strom-Sondertarif betreiben.

Sperrzeiten dauern bis zu zwei Stunden und treten dann auf, wenn es bei dem Stromanbieter zu Lastspitzen kommt. In diesem Zeitraum ist er berechtigt, die Wärmepumpe abzuschalten. Möglich ist dieser Sondertarif nur, wenn die Wärmepumpe über einen separaten Zähler mit Strom versorgt wird.

Die Vor- und Nachteile beim Heizen mit Erdwärme

Auch das Heizen mit Erdwärme hat Vor- und Nachteile. Die relativ hohen Anschaffungskosten können allerdings in der Regel durch eine staatliche Förderung abgefedert werden. In unserem Ratgeber erhalten Sie alle aktuellen Informationen zur Förderung von Wärmepumpen.

Wägen Sie ab, indem Sie einen Blick auf die Vor- und Nachteile beim Heizen mit Erdwärme werfen:

Pro

Sie sind unabhängig von fossilen Energieträgern.
Das System ist wartungsarm und -freundlich (im Gegensatz zu fossilen Wärmeerzeugern).
Sie sparen sich die Kosten für den Schornsteinfeger.
Die Erdwärmeheizung erzeugt keine schädlichen Emissionen.
Das System ist sehr effizient (spart im Betrieb Kosten) und zukunftsfähig.
Sie brauchen für die Anlagentechnik nur wenig Platz im Gebäude.
Es gibt keine laufenden Brennstoffkosten (jedoch Stromkosten).
Sie können den Strom aus Ihrer Photovoltaikanlage selbst sinnvoll nutzen.
Sie können die Wärmepumpe mit Strom aus einem günstigeren Stromtarif betreiben.
Eine Förderung ist im Regelfall möglich.
Sie sparen Energie, da Sie niedrige Vorlauftemperaturen benötigen.
Sie benötigen keine Außeneinheit (wie zum Beispiel bei Luft/Wasser-Wärmepumpen zur Außenaufstellung).

Contra

Die Anschaffungskosten sind relativ hoch.
Tiefenbohrungen sind genehmigungspflichtig.
Die Grundstücksfläche muss für den Flächenkollektor groß genug sein.
Eventuell benötigen Sie ein geologisches Gutachten (je nach Region).

Alternative Systeme

Sollten Sie die Nachteile der Sole-/Wasser-Wärmepumpe abschrecken, gibt es Alternativen zum Heizen mit Erdwärme. Sie können die benötigte Heizwärme beispielsweise über eine Luft/Wasser-Wärmepumpe erzeugen. Diese ist in der Anschaffung preiswerter und wird ebenfalls zumeist gefördert. Außerdem ist die Installation nicht so aufwendig, da Sie für dieses System keine Erdkollektoren benötigen. Bohrungen und Genehmigungen für Bohrungen entfallen hier also.

Lohnt sich das Heizen mit Erdwärme?

Eines steht fest: Das Heizen mit Erdwärme ist für viele Bauherren interessant. Durch die Fördersummen werden die Kosten oft reduziert. Gleichzeitig macht Sie ein Heizsystem mit Erdwärme von den Preisentwicklungen fossiler Energieträger unabhängig und schafft Planungssicherheit. Im Vergleich zu traditionellen Wärmeerzeugern sparen Sie viel Geld durch niedrige Betriebskosten und leisten Ihren Beitrag zum Umweltschutz.

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B.Eng. Thomas Höniger

Thomas Höniger absolvierte in dem Studienfach „Gebäude- und Energietechnik“ seinen Bachelor an der Beuth Hochschule für Technik Berlin. Nach seinem Studium gründete er die Firma TEPEC. Im Jahr 2017 folgte die Zertifizierung zum Energieberater für Wohngebäude und zum Thermografen nach ISO 18436.

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