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Energie aus der Erde: Heizen mit Erdwärme

Wenn Sie ein Haus bauen oder Ihr Gebäude energetisch sanieren möchten, stehen Sie zwangsläufig vor der Frage: Welches Heizsystem ist das beste? Die Art der Energieträger reicht von Gas und Öl über den Bereich der erneuerbaren Energien bis hin zur 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?

Inhaltsverzeichnis

  1. Geothermie: Wie können Sie die Erdwärme zum Heizen nutzen?
  2. Heizen mit Erdwärmeanlagen: Das brauchen Sie dafür
  3. Die Vor- und Nachteile beim Heizen mit Erdwärme
  4. Alternative Systeme, die günstiger sind
  5. Lohnt sich das Heizen mit Erdwärme?

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 theoretisch verarbeitet werden. Die Nutzung von Erdwärme durch den Menschen nennt sich Geothermie. Im Erdkern herrschen Temperaturen von 4500 bis 6500°C. Je näher man der Erdoberfläche kommt, desto kühler wird es. Daraus ergeben sich sogenannte Temperaturschichten.

Die Nutzung der Wärme scheint simpel: Die Erde anbohren und die Wärme abzapfen. Doch so einfach ist das nicht: Die Erdwärme wird nur der ersten Schicht, also der Erdkruste entnommen, da keine Temperaturen über 70°C benötigt werden. Außerdem setzen die deutschen Normen und Gesetze 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.

Heizen mit Erdwärmeanlagen: Das brauchen Sie dafür

Wenn Sie sich dazu entschließen, Ihr Haus mit Erdwärme zu beheizen, sind einige Voraussetzungen notwendig. Unter folgenden Bedingungen ist Ihr Gebäude optimal mit Wärme versorgt:

  • Große Wärmeübertragungsflächen, die eine geringe Vorlauftemperatur benötigen (zum Beispiel Fußbodenheizung)
  • Gut gedämmtes Gebäude, um die Heizlast zu verringern und die Wärmeverluste zu minimieren
  • Geologisches Bodengutachten, um zu bestimmen wie viele Bohrungen notwendig sind
  • Genehmigung für Erdbohrungen

Systembausteine beim Heizen mit Erdwärme

  • Der Grundaufbau der Gebäudetechnik ist dabei 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 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. Eine hohe Stromrechnung ist ein Anzeichen dafür, dass der integrierte Heizstab in der Wärmepumpe oft genutzt wurde, um die erforderliche Solltemperatur am Ausgang der Erdwärmepumpe zu ermöglichen.

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 elektrische Energie. Der zweite Wärmetauscher ist der Verflüssiger. Er gibt die Wärme an den Heizkreis ab.

Heizen mit Erdwaerme: Funktionsweise einer Erdwaermepumpe Grafik
Erdwärme können Sie entweder mit Erdwärmekollektoren oder mit einer Erdwärmesonde nutzen.

Die Wärmeübertragungsflächen

Eine wichtige Rolle spielen die Wärmeübertagungsflächen im Wohnraum. Heizkörper brauchen in der Regel hohe Vorlauftemperaturen. Fußbodenheizungen benötigen eine geringere Vorlauftemperatur, um den Raum zu erwärmen, da hierfür eine größere Fläche (der gesamte Fußboden) genutzt wird. Außerdem sollten alle wasserführenden Leitungen gut isoliert sein, um den Wärmeverlust so gering wie möglich zu halten.

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

Um die Wärmepumpe effizient zu betreiben, ist außerdem ein Pufferspeicher notwendig. Dieser kann das erwärmte Wasser zwischenspeichern. Dadurch können Sie die eventuellen Sperrzeiten überbrücken. Diese entstehen, wenn Sie die Wärmepumpe über den günstigeren Strom-Sondertarif betreiben.

Die Sperrzeiten dauern bis zu zwei Stunden täglich 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 aktuell verfügbaren Förderungen des BAFA und der KfW relativieren die relativ hohen Anschaffungskosten: Im Idealfall sparen Sie rund die Hälfte. Wenden Sie sich also am besten an einen Energieberater. Dieser kennt die aktuellen Förderungen und kann für Sie die erforderlichen Anträge stellen. Selbst die Kosten für die Energieberatung werden gefördert.

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 benötigen keinen Kamin, wodurch die Kosten für einen Kaminkehrer entfallen.

  • Die Erdwärmeheizung erzeugt keine schädlichen Emissionen.

  • Das System ist sehr effizient (spart im Betrieb Kosten).

  • 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 durch das BAFA und die KfW 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.

  • Wärmepumpen kommen generell bei Häusern mit höherer Energieeffizienz zum Einsatz.

  • Eventuell benötigen Sie ein geologisches Gutachten (je nach Region).

  • Eine falsche Auslegung des Flächenkollektors oder der Tiefenbohrung kann im Extremfall den Boden gefrieren.

Alternative Systeme, die günstiger sind

Sollten in Ihrem Fall die Nachteile der Sole-/Wasser-Wärmepumpe überwiegen, dann 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 gefördert. Außerdem ist die Installation nicht so aufwendig, da Sie für dieses System keine Erdkollektoren benötigten.

Lohnt sich das Heizen mit Erdwärme?

Eines steht fest: Das Heizen mit Erdwärme ist für viele Bauherren interessant. Durch die hohen Fördersummen werden die Kosten etwas begrenzt. Bei Neubauten sind die Förderkriterien einfacher zu erfüllen als bei einer (Teil-)Sanierung. Das sollte Sie jedoch nicht davon abhalten, das Heizen mit Erdwärme in Erwägung zu ziehen und eventuell auf diese Form der Wärmeerzeugung umzusteigen. Im Vergleich zu traditionellen Wärmeerzeugern sparen Sie möglicherweise viel Geld durch niedrige Betriebskosten und leisten Ihren Beitrag zum Umweltschutz.

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Thomas Höniger,
B.Eng.

Über den Autor

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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