Wärme aus der Tiefe

Bei erdgekoppelten Wärmepumpen handelt es sich um effiziente, aber planungsaufwendige Systeme. Die unterschiedlichen Komponenten – Wärmequelle, Wärmepumpe, Wärmeverteilung – gilt es aufeinander abzustimmen.

Wenn er seine Runden dreht, braucht Arnd Peiffer einen kühlen Boden unter seinen Füßen: Die Ski des Biathlon-Olympiasiegers von 2018 und Biathlon-Weltmeister von 2019 könnten sonst nicht optimal über den Schnee gleiten. Zu Hause aber freut er sich über die Wärme aus dem Erdreich. Denn er heizt mit einer Erdreich- Wärmepumpe.

Quellenstudium

Verglichen mit Luft-Wärmepumpen arbeiten erdgekoppelte Systeme effizienter. Denn je geringer der Unterschied zwischen Quell- und Heiztemperatur, desto höher der Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine. Gerade im Winter, bei niedrigen Außentemperaturen, liegt bei Luft-Wärmepumpen eine hohe Temperaturdifferenz vor, was zu Einbußen in der Effizienz führt. Systeme, die das Grundwasser oder das Erdreich als Wärmequelle nutzen, bedienen sich eines über das Jahr gesehen recht konstanten Temperaturniveaus: Das Grundwasser und das Erdreich kommen auf rund 10 °C.

Bevor eine Wärmepumpe installiert wird, müssen einige Fragen geklärt werden: Welches Energiereservoir bietet sich an (Grundwasser oder Boden)? Eignet sich der Untergrund für Bohrungen? Bietet das Grundstück ausreichend Platz für einen oberflächennahen Erdkollektor? Bei einer Grundwasser-Wärmepumpe: Wird eine Zustimmung der Wasserbehörde benötigt? Welche besonderen Vorschriften gelten, wenn es sich um ein Wasserschutzgebiet handelt?

Vaillant zieht ein Sole/Wassersystem einem Wasser/Wassersystem vor. Als Grund nennt Kommunikationschef Dr. Jens Wichtermann die Risiken, die bei Saug- und Schluckbrunnen auft auchen können: „Zum Beispiel kann sich im Laufe der Zeit die Wasserqualität ändern.“ Darüber hinaus müsse bei Wasser/Wassersystemen eine Brunnenpumpe mit hoher Leistung betrieben werden, die die Gesamteffizienz senken könne.

Zur Wärme hinunter

„Die Wahl bei der Erschließung des Erdreichs als Wärmequelle hängt maßgeblich von den individuellen Gegebenheiten des Grundstücks ab“, sagt Stiebel Eltron- Pressesprecher Henning Schulz. So würden Sondenbohrungen nur wenig Gartenfläche benötigen und die Erdoberfläche so gut wie nicht beeinflussen. Es gelte jedoch, das Erdreich genau zu analysieren: „Je nach Region kann es sinnvoller sein, drei 65 m tiefe Bohrungen zu realisieren als zwei knapp 100 m tiefe.“ Die Entscheidung hänge davon ab, welche Entzugsleistungen in welchen Abschnitten im lokalen Erdreich möglich seien. Hier helfen die regionalen geologischen bzw. bodenkundlichen Karten weiter. Aber auch die Hersteller von Wärmepumpen sind bei der Ermittlung behilflich.

Wer über 100 m tief in die Erdschicht vordringen will, um höhere Temperaturen nutzen zu können, muss sich an das Bergrecht halten. Dies ist jedoch bei Wärmepumpenanlagen nicht üblich. Sie enden bei max. 99 m. Spezialisierte Bohrunternehmen kümmern sich sowohl um Genehmigungen als auch um die Dimensionierung der Wärmeentnahmesysteme. Sie sollten nach den Richtlinien des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches (DVGW) zertifiziert sein. Remko empfiehlt außerdem eine externe Erdwärmesystemüberwachung, z. B. durch das Süddeutsche Kunststoff-Zentrum in Würzburg. Der Einbau sowie die Abnahmeprüfung von Erdwärmesonden sollten zudem nach den Vorgaben der Installationsrichtlinie für Erdwärmeprodukte des Kunststoffrohrverbandes erfolgen.

Manche Hersteller wie Bosch Thermotechnik bieten die Bohrdimensionierung inklusive der gesamten Auslegung des Wärmepumpensystems an. Ein Dienstleister übernimmt die Bohrungsplanung. Bei Max Weishaupt gehört das Bohrunternehmen Baugrund Süd zur Firmengruppe. „Durch das eigene Bohrunternehmen und die Expertise der eigenen Geologen wird gewährleistet, dass die Wärmequelle optimal zur Wärmepumpe passt“, erklärt Pressesprecher Peter Bolkart. Das Unternehmen bietet zehn Jahre Garantie auf die Entzugsleistung und auf das Material der Erdsonde.

In die Breite gehen

Bei einem Flächenkollektor dagegen fallen die Erschließungskosten wesentlich geringer aus. „Er benötigt aber eine große Fläche“, schränkt Brötje-Produktmanager Heiko Gilster ein. Brötje geht wie andere Anbieter auch von einer üblicherweise notwendigen Kollektorgröße aus, die das 1,5- bis 3-Fache der beheizten Fläche ausmacht. Als Nachteil von Energiezäunen, Erd-, Kompakt- und Grabenkollektoren nennt Gilster ihren zunehmenden Temperaturabfall: „Zum Heizbeginn sind die Quellentemperaturen recht hoch, nehmen zum Ende der Heizperiode aber stark ab.“

Kollektoren bieten sich an, wenn ohnehin umfangreiche Erdarbeiten erfolgen und ihre Verlegung deshalb problemlos möglich ist – zum Beispiel bei Neubauten. Über die Kollektoren darf allerdings nicht gebaut werden, weil sie sich in den wärmeren Jahreszeiten und über den eindringenden Niederschlag (Regen) regenerieren.

Wärmequelle groß genug auslegen

Egal für welches System man sich entscheidet, für alle gilt laut Martin Lippold von ait-deutschland die Faustregel: „Wärmequelle satt, Wärmepumpe knapp.“ Soll heißen: Die Wärmequelle besser etwas größer auslegen, die Wärmepumpe hingegen keinesfalls zu groß. Grund: Wird mehr Wärme benötigt als ursprünglich berechnet und damit dem Erdreich mehr Energie entzogen als geplant, kann es – teilweise auch erst nach einigen Jahren – so weit heruntergekühlt sein, dass es sich nicht mehr erholt. Das kann von Fehlfunktionen der Wärmepumpe bis zu Frostaufbrüchen im Garten reichen.

Ähnliche Probleme kann es geben, wenn die Wärmepumpe in einem Neubau den Estrich trocken soll. Eine Estrichtrocknung sollte bei der Auslegung der Wärmequelle berücksichtigt werden, ansonsten kann es sein, dass ihr zu viel Wärme entzogen wird und die Funktionalität in der folgenden Heizperiode leidet. „Beim Austausch einer alten Wärmepumpe gegen ein neueres Modell ist die Leistung des Erdwärmetauschers zu überprüfen und gegebenenfalls der neuen Kälteleistung anzupassen“, weist Stefan Sauer von Carl Capito auf einen weiteren Punkt hin, warum die Wärmequelle nicht zu klein ausgelegt werden darf.

Warmwasserbedarf berücksichtigen

Ohne eine korrekte Heizlastberechnung und eine realistische Einschätzung des Warmwasserbedarfs lässt sich kein System sauber dimensionieren. Gerade bei Erdwärmeheizungen gilt es den Bedarf korrekt zu ermitteln, erfordert die Erschließung des Erdreichs doch eine recht hohe Investition. Würde die Wärmequelle zu klein ausgelegt – die Sonden beispielsweise nicht tief genug gebohrt oder der Kollektor nicht großflächig genug ausgeführt – ließe sich der Fehler im Nachhinein entweder gar nicht oder nur mit einem hohen Aufwand korrigieren.

Wärmepumpenhersteller weisen auf die Leistungsmodulation ihrer Geräte hin. Mit Invertern ausgestattet, können Erd- Wärmepumpen ihre Performance an den Bedarf anpassen. Die Invertertechnologie steigert die saisonale Effizienz deutlich gegenüber herkömmlichen Sole/Wasser- Wärmepumpen, die im Ein/Aus-Modus arbeiten. Dadurch, dass sie entsprechend zurückregeln, wenn vom Gebäude nicht die volle Heizleistung benötigt wird, entziehen sie dem Erdreich weniger Energie. Die Soletemperatur sinkt weniger stark, was zu einer höheren und gleichmäßigeren Verdampfungstemperatur und damit zu einer besseren Effizienz der Wärmepumpe führt.

Autor: Joachim Berner, freier Journalist

Bund fördert Erdwärmeheizungen

Hauseigentümer können sich seit diesem Jahr über eine deutliche finanzielle Unterstützung beim Heizungsaustausch freuen. Der Bund fördert Erdwärmeheizungen bis 100 kW Wärmeleistung. Beim Einbau einer Erdwärmepumpe erhalten Bauherren und Hauseigentümer 35 % der Investitionskosten vom Staat zurück. Wird eine Ölheizung ersetzt, erhöht sich der Zuschuss auf 45 %.

Bisher orientierte sich die Förderung an der installierten Leistung, nun sind die Investitionskosten der Maßstab für die Förderung. Anrechnen lassen sich ab sofort nicht nur der Kauf und die Installation der Wärmepumpe, sondern auch die Kosten für Erdwärmesonden und -kollektoren und ihre Verlegung sowie weitere sogenannte Umfeldmaßnahmen. Weitere Informationen gibt es hier: bit.ly/ee-2020