Die Funktion der Erdwärmepumpe verständlich erklärt

Die Erdwärmepumpe besitzt eine Funktionsweise, die speziell ist. Dabei benötigt sie als Ausgangspunkt eine natürliche Energiequelle: nämlich die Erde selbst. Entweder wird die Erdwärme durch sogenannte Erdkollektoren, Grabenkollektoren oder durch tiefe Sonden aufgesogen und anschließend über die Erdwärmepumpe sowie den Heizkreislauf im Haus verteilt. Die Nutzung dieser regenerativen Energiequelle gilt als ausgesprochen modern und zuverlässig. Wie die Funktionsweise der Erdwärmepumpe im Detail aussieht, wie die Umweltwärme gewonnen werden kann und wann sich eine Erdwärmepumpe lohnt, erklären wir in den folgenden Abschnitten.

Die Erdwärmepumpe und ihre Funktionsweise in Schritten

Die Sole-Wasser-Wärmepumpe, ein Alternativbegriff für die Erdwärmepumpe, zieht Wärme aus dem Erdboden. Dafür verantwortlich sind wahlweise Sonden, die mit einer Tiefe von 50 Metern bis 250 Metern in den Erdboden gebohrt werden, oder aber sogenannte Erdkollektoren, welche eine weitläufige Fläche unterhalb der Erdoberfläche abdecken. Diese Kollektoren werden in Deutschland wegen der kalten Winter mit Schneefall und dem damit verbundenen Bodenfrost rund 1,20 Meter unter der Erdoberfläche ausgelegt. Weiterhin werden spezifische Abstände der einzelnen Rohre eingehalten, um eine einwandfreie Funktionsweise zu ermöglichen. 

Eine weitere Möglichkeit, Erdwärme anzuzapfen, sind Grabenkollektoren oder Künetten. Sie sind Flachkollektoren sehr ähnlich. Der einzige Unterschied: Die Rohre werden hier nicht flächig, sondern in etwa ein Meter breiten Gräben verlegt. Das spart Platz und ermöglicht eine Entzugsleistung von bis zu 100 Watt, wenn der Boden eine entsprechende Qualität hat. Für die Erdwärmepumpe in einem Einfamilienhaus können dabei Gräben mit einer Gesamtlänge von rund 80 Metern genügen. Während sich die Details folglich unterscheiden, bleibt die fundamentale Vorgehensweise jedoch immer gleich.

Die einzelnen Schritte in der Übersicht

Bei der Erdwärmepumpe ist die Funktionsweise nur mittels der im Erdinneren befindlichen Wärme denkbar. Diese wird letztlich an das lokale Heizungssystem übergeben. Dem voraus sind vier Arbeitsschritte zu bewerkstelligen:

  1. Aufnahme: Die Erdwärme wird mithilfe der in den Kollektoren bzw. Sonden zirkulierenden Sole (Wasser-Frostschutz-Gemisch) absorbiert und über einen Wärmeübertrager an die eigentliche Wärmepumpe weitergegeben.
  2. Verdichtung: Die von der Sole aufgenommene Wärme wird auf ein in der Wärmepumpe zirkulierendes Kältemittel übertragen, wodurch es sich erwärmt und schließlich verdampft. Ein strombetriebener Verdichter komprimiert diesen Kältemitteldampf und erhöht somit Temperatur und Druck.
  3. Abgabe: Ein weiterer Wärmeübertrager leitet die so entstandene Wärme an das Heizsystem, wodurch die Temperatur des Kältemitteldampfes sinkt.
  4. Entspannung: Ein Entspannungsventil unterstützt das bereits abgekühlte Kältemittel bei der Regenerierung, sodass Temperatur und Druck ihr Ausgangsniveau annehmen. 

Kühlen dank Funktionsweise der Erdwärmepumpe

Mit einer umgekehrten Funktion, was bei der Funktionsweise der Erdwärmepumpe je nach Modell durchaus möglich ist, ergeben sich weitere Vorzüge. So kann diese Funktion der Erdwärmepumpe im Sommer genutzt werden. Etwa, um indirekt als Klimaanlage zu dienen, indem der ganze Prozess quasi gespiegelt wird. Weil unter dem Erdboden eh kalte Luft vorhanden ist, wird diese dann mit Hilfe von Gebläsen und/oder einer Fußbodenheizung direkt in die Innenräume abgegeben. Das Kühlen funktioniert in diesem Falle ganz ähnlich wie bei einem Kühlschrank. Ausführliche Informationen dazu finden Sie im Beitrag „Active Cooling“.

So kann die Erdwärme gewonnen werden

Soll die Erde mit einer Erdwärmepumpe als Wärmequelle angezapft werden, funktioniert das generell über Kunststoffrohrleitungen, die von einem Wasser-Frostschutz-Gemisch – der sogenannten Sole – durchflossen werden. Diese nehmen die Energie aus dem Erdreich auf und transportieren sie zur Erdwärmepumpe. Bei der Art, in der die Leitungen in den Boden eingebracht wird, unterscheidet man zum Beispiel:

  • Sondenbohrungen
  • Flachkollektoren
  • Grabenkollektoren (Künetten)

Erdwärme über Sondenbohrungen gewinnen

Bei einer Sondenbohrung werden die Kunststoffleitungen senkrecht in den Boden eingebracht. Günstig ist das, da die Temperatur des Erdreichs mit zunehmender Tiefe steigt. Abhängig von der Qualität des Bodens kann eine Erdwärmepumpe so etwa 50 Watt je Bohrmeter gewinnen. Für ein modernes Einfamilienhaus wird dabei eine Sondenlänge von 150 Metern benötigt, die in der Regel auf verschiedene Bohrungen aufgeteilt wird. Wichtig zu wissen ist, dass Sondenbohrungen generell genehmigungspflichtig sind.

Erdwärme über Flachkollektoren gewinnen

Bei Flachkollektoren werden die Rohrleitungen flächig – in etwa wie bei einer Fußbodenheizung – in einer Tiefe von ein bis zwei Metern unter der Erde verlegt. Bei günstigen Bodenverhältnissen können so etwa 25 Watt je Quadratmeter gewonnen werden. Soll die Erdwärmepumpe in einem modernen Einfamilienhaus installiert werden, muss eine freie, nicht überbaute Fläche von rund 350 Quadratmetern vorhanden sein.

Erdwärme über Grabenkollektoren gewinnen

Grabenkollektoren oder Künetten sind Flachkollektoren sehr ähnlich. Der einzige Unterschied: Die Rohre werden hier nicht flächig, sondern in etwa ein Meter breiten Gräben verlegt. Das spart Platz und ermöglicht eine Entzugsleistung von bis zu 100 Watt, wenn der Boden eine entsprechende Qualität hat. Für die Erdwärmepumpe in einem Einfamilienhaus können dabei Gräben mit einer Gesamtlänge von rund 80 Metern genügen. Auch diese dürfen nicht überbaut werden.

Kosten für eine Erdwärmepumpe

Die Anschaffungskosten für solch eine Erdwärmepumpe staffeln sich in mehrere einzelne Bereiche. Die Wärmequelle unter dem Erdboden selbst muss erschlossen werden, weil keinesfalls jeder Platz gleichermaßen gut oder generell geeignet ist. Weiterhin muss die Wärmepumpe gekauft und von einem Installateur eingesetzt werden. Hier entstehen Kosten für das Gerät und den Dienstleister. Eventuell notwendiges Zubehör schlägt ebenso auf das Budget wie das notwendige Lüftungsmodul. Letzteres wird benötigt, wenn Sie die Funktionsweise der Erdwärmepumpe um das Kühlen im Sommer ergänzen möchten. 

Der finanzielle Aufwand im Detail

Für das Erschließen des geeigneten Platzes unter der Erdoberfläche muss bereits die Entscheidung zwischen den eingangs erwähnten Kollektoren oder einer Sonde getroffen werden. Sonden kosten häufig mehr, da diese tief unter der Erdoberfläche eingesetzt werden. Hier ist mit rund 6.000 bis 12.000 Euro zu rechnen. Kollektoren schlagen mit rund 8.000 bis 9.000 Euro zu Buche.

Die Erdwärmepumpe selbst kostet ungefähr 6.000 bis 11.000 Euro, die Montage weitere 2.000 bis 3.000 Euro. Für das Zubehör kommen noch rund 500 bis 1.500 Euro hinzu. Wenn Sie die Funktionsweise der Erdwärmepumpe im Sommer als indirekte Klimaanlage nutzen möchten, wird ein zusätzliches Lüftungsmodul notwendig. Dieses kostet zusätzlich ungefähr 4.000 bis 8.000 Euro.

Die laufenden Kosten umfassen den benötigten Strom. Denn die Erdwärmepumpe ist nahezu wartungsfrei und verfügt über eine Lebensdauer von rund zwei Jahrzehnten. Die Stromkosten variieren, ein guter Durchschnitt sind rund 400 Euro pro Jahr. Der Zähler wird entweder für rund 1.000 bis 1.500 Euro gekauft oder für einen fixen Betrag gemietet.

Eine Viessmannanlage als Symbol für die Funktionsweise der Wärmepumpe
© Viessmann

Vor- und Nachteile der Erdwärmepumpe

Zu den Vorzügen der Erdwärmepumpe zählen folgende Punkte:

  • Einer der großen Vorteile der Funktionsweise der Erdwärmepumpe ist ihre Umkehrbarkeit in eine Klimaanlage
  • Zudem ist Erdwärme eine quasi unerschöpfliche und tendenziell auch kostenlose Energiequelle. 
  • Im Vergleich zu einer Luft-Wärmepumpe ist die Erdwärmepumpe effizienter, da die Umweltenergie aus dem Erdreich konstant hoch ist. 
  • Ein Rohstoff zum Verbrennen wird also nicht benötigt. Was wiederum die Umweltbelastung durch CO2 erheblich reduziert. 
  • Erdwärme ist außerdem nahezu überall verfügbar, auch wenn geografische Unterschiede existieren. 
  • Eine lange Laufzeit und die Ungebundenheit an einen konkreten Stromanbieter, aufgrund der freien Anbieterwahl, sind weitere Vorzüge.

Nachteile der Funktionsweise der Erdwärmepumpe sind vor allem bei den hohen Investitionskosten zu suchen. Diese sind sicher nicht für jedermann finanzierbar. Jedoch kann die finanzielle Unterstützung über eine Förderung für eine Wärmepumpe helfen. Außerdem sind eine gute Dämmung und ausreichend Platz notwendig. Als Nachteil kann auch die Ökobilanz gewertet werden, welche aufgrund der Abhängigkeit zum Strom schlechter ausfällt als beispielsweise bei einer Pelletheizung. Doch hier haben Hausbesitzer die Möglichkeit, auf Öko-Strom zu setzen. Zudem kann ein optimales Heizverhalten sowie der Einsatz von Flächenheizungen, den Einsatz von Strom reduzieren. Denn Fußboden- oder Wandheizungen kommen mit einer niedrigen Vorlauftemperatur sehr gut zurecht. 

Wann sich eine Erdwärmepumpe lohnt

Wie andere Typen lohnt sich auch der Einsatz einer Erdwärmepumpe ganz besonders, wenn die Differenz zwischen Umwelt- und Heiztemperatur niedrig ist. Denn auf diese Weise kann der Strombedarf des elektrischen Verdichters reduziert werden. Möglich ist das zum Beispiel dann, wenn das Heizgerät in energiesparenden Gebäuden installiert wird. Ideal ist dabei auch die Kombination mit einer Flächenheizung, die generell mit niedrigen Systemtemperaturen auskommt. Auch die Verbindung mit einer Solaranlage zur Warmwasserbereitung ist günstig, um zusätzlich Heizkosten zu sparen.

Heizung.de Autor Philipp Hermann
Fazit von Philipp Hermann
Die Funktionsweise einer Erdwärmepumpe unterscheidet sich nicht grundlegend von einer anderen Wärmepumpe, welche Luft oder Wasser nutzt. Entscheidend ist in diesem Falle jedoch, dass die Energiequelle Erdwärme erst erschlossen werden muss. Dafür kommen Erdsonden oder Erdkollektoren zum Einsatz. Je nach den örtlichen Gegebenheiten hat der Hausbesitzer diese Entscheidung zu treffen. Doch egal was zum Einsatz kommt, Sie profitieren von der Erdwärme, die auch im Winter vergleichsweise hoch ist. 
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