Erdwärmepumpe: Umweltwärme zum Heizen aus der Erde

Die Erdwärmepumpe nutzt kostenfreie Wärme aus der Erde zum Heizen. Möglich wird das durch einen technischen Prozess, der der Funktion eines Kühlschranks sehr ähnlich ist. Er hebt die Temperatur der Umweltwärme an und ermöglicht somit, dass sie für die Heizung in effizienten Gebäuden verwendet werden kann. Wie das funktioniert, wie die Umweltwärme gewonnen werden kann und wann sich eine Erdwärmepumpe lohnt, erklären wir in den folgenden Abschnitten.

Monteur installiert Flachkollektor für eine Erdwärmepumpe

Wie funktioniert eigentlich eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe hat die Aufgabe das Temperaturniveau kostenfreier Umweltwärme auf ein höheres, für die Heizung nutzbares Niveau zu heben. Möglich wird das durch einen technischen Prozess, der auf einer zirkulierenden Flüssigkeit mit besonderen physikalischen Eigenschaften beruht – dem Kältemittel.

Über einen Wärmeübertrager wird die kostenfreie Umweltwärme – bei einer Erdwärmepumpe zum Beispiel aus der Erde – auf das im Inneren des Heizgeräts zirkulierende Kältemittel übertragen. Dieses beginnt dabei schon bei Temperaturen von 5 bis 10 Grad Celsius zu verdampfen. Zum Vergleich: Wasser verdampft in der Regel erst bei einer Temperatur von 100 Grad Celsius. Im nächsten Schritt erhöht ein Verdichter den Druck des nun dampfförmigen Fluides, wodurch seine Temperatur steigt. Ein zweiter Wärmeübertrager ermöglicht, dass die Energie an das Heizsystem übergeben werden kann. Das Kältemittel kühlt daraufhin ab und wird wieder flüssig. Nach der vollständigen Regenerierung, die unter anderem durch ein spezielles Entspannungsventil unterstützt wird, kann der Kreislauf von vorn beginnen.

Warum ist die Erdwärmepumpe besonders effizient?

Eine Erdwärmepumpe bezieht die Umweltenergie aus dem Erdreich. Im Vergleich zur Außenluft, die im Sommer sehr warm, im Winter dagegen aber besonders kalt ist, hat dieses ganzjährig eine relativ konstante Temperatur. Abhängig vom Boden und der Tiefe kann diese bei etwa 10 Grad Celsius liegen. Da der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Heizsystem dabei niedrig ist, kann eine Erdwärmepumpe besonders effizient Heizen. Zumindest dann, wenn sie in einem energiesparenden Haus mit einer Flächenheizung installiert wird.

Wie 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 ein 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 1 bis 2 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.

Wann lohnt sich eine Erdwärmepumpe?

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 eine Solaranlage zur Warmwasserbereitung ist günstig, um zusätzlich Heizkosten zu sparen.

Alexander Rosenkranz

Fazit von Alexander Rosenkranz

Eine Erdwärmepumpe ist oft die Vorzugsvariante, wenn es um die Beheizung mit einer Wärmepumpe geht. Denn zumindest mit Flach- oder Grabenkollektoren kann sie ohne besondere Genehmigung installiert werden. Darüber hinaus erreicht sie meist ganzjährig hohe Entzugsleistungen und hilft Heizkosten zu sparen.

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