Erdwärmepumpe: Die Wärme unter unseren Füßen

Nutzen Sie Geothermie zum nachhaltigen Heizen

Die Erdwärmepumpe gehört zu den effizientesten unter den Wärmepumpenheizungen, die frei verfügbare und kostenfreie Umweltenergie in Heizwärme umwandelt. Warum die Erdwärmepumpe so effizient arbeitet und wie sie funktioniert, haben wir Ihnen hier zusammengestellt. 

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Die Erde als riesiger Wärmespeicher mit einer konstanten Temperatur unterhalb der Frostgrenze bietet die ideale Grundlage für die Nutzung erneuerbarer Energiequellen. Um dieses faszinierende Potenzial voll auszuschöpfen, bedienen sich Erdwärmepumpen der Geothermie, indem sie die natürliche Wärme in unserem Boden für Ihre Heizung nutzbar machen.

Lassen Sie uns nun einen genaueren Blick auf das Funktionsprinzip dieser erstaunlichen Technologie werfen.

Energie aus der Tiefe:
Wie Erdwärmepumpen funktionieren

Die Erde nimmt Wärme aus Sonnenstrahlen, Luft und Regen auf und speichert diese. Ab einer bestimmten Tiefe herrscht eine Grundtemperatur von 10 Grad.

Auch wenn der Boden im Winter gefroren ist, kann eine Erdwärmepumpe effizient arbeiten. Im Vergleich zur Luftwärmepumpe, bei der die Wärme in der Luft schwankt, ergibt sich die Effizienz aus den konstanten Temperaturen im Erdreich.

Der Temperaturunterschied zwischen der Energiequelle Erdreich und der Vorlauftemperatur bleiben auch im Winter vergleichsweise gering. Die Erdwärmepumpe heißt Sole-Wasser-Wärmepumpe – wobei sich die Sole nicht auf die Erde bezieht, wo die Energie entzogen wird (wie bei der Luft-Wasser-Wärmepumpe), sondern auf die Sole im ersten Flüssigkeitskreislauf. 

Das Prinzip der Wärmepumpe ist ganz einfach. Thermische Energie wird der Umwelt entzogen und für die Heizung und die Warmwasseraufbereitung nutzbar gemacht.

Bei einer Erdwärmepumpe ist die Wärmequelle das Erdreich, dem in einer bestimmten Tiefe Wärme, z.B mittels einer Erdwärmesonde, entzogen wird. Die zweite Komponente ist die Sole-Wasser-Wärmepumpe selbst, die dritte Einheit das Wärmeverteiler- und Speichersystem. 

Erdkollektoren & Erdsonden: Die Technik im Detail

Die Erdwärmepumpe kann aus dem Erdreich die Energie auf zwei Arten gewinnen. 

Erdkollektoren im Fokus

Die Energie kann mittels Erdkollektoren aus dem Erdreich entzogen werden. Die Erdkollektoren sind schlangenförmige Rohrleitungen, die sich knapp unter der Erdoberfläche befinden.

In diesem System zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf eine Flüssigkeit (Sole), die mit Frostschutzmittel versetzt ist. Eine Pumpe hält die Flüssigkeit in Bewegung.

Erdkollektoren werden waagerecht gelegt und können so flächendeckend viel Wärme aufnehmen. Die Energie selbst kommt aus dem umliegenden Bereich der Erdkollektoren durch Sonneneinstrahlung, Luft und Regenwasser.

Erdkollektoren liegen ein bis zwei Meter unter der Frostschutzgrenze – wo je nach Tiefe zwischen 5 und 20 Grad Celsius herrschen.

Erdwärmesonden: Effiziente Tiefenbohrungen für nachhaltige Wärme

Die Energie kann auch mittels Erdwärmesonde dem Erdreich entzogen werden. Die Erdwärmesonde wird durch eine Bohrung vertikal in die Erde eingelassen.

Auch in diesem Rohrsystem fließt eine frostsichere Sole, die aus 40 bis 100 Meter die Erdwärme aufnimmt und an den Verdampfer (ersten Wärmetauscher) weitergibt.

Diese Art der Energieaufnahme und Leitung lässt die Erdwärmepumpe so effizient arbeiten. Denn in der Tiefe herrschen über das ganze Jahr hinweg konstante Temperaturen. 

Der Weg der Wärme: Funktionsprinzip der Sole-Wasser-Wärmepumpe

  • Über Erdkollektoren oder Erdsonden wird Wärme aufgenommen.
  • Das Übertragungsmedium Sole (Salz-Wasser-Lösung) zirkuliert innerhalb der Rohrsysteme.
  • Die Flüssigkeit übergibt die Wärme an den zweiten Kreislauf – den Kältemittelkreislauf.
  • Das Kältemittel nimmt die zugeführte Wärme auf.
  • Das flüssige Kältemittel verdampft im Verdampfer (Wärmetauscher) und wird gasförmig. 
  • Der Kältemitteldampf wird im Kompressor (Verdichter) verdichtet, wodurch sein Temperaturniveau noch einmal steigt.
  • Über einen weiteren Wärmetauschen (Verflüssiger) wird das gasförmige Kältemittel wieder verflüssigt und gibt seine Wärme an das Heizsystem ab
  • Durch diese Wärmeabgabe kühlt das Kältemittel auf seine Ausgangstemperatur ab.
  • Der Druck wird durch ein Entspannungsventil reduziert, das flüssige Kältemittel wieder zum Verdampfer geleitet. Der Kreislauf beginnt erneut. 
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Vorteile einer Sole-Wasser-Wärmepumpe

Es gibt viele Vorteile einer Sole-Wasser-Wärmepumpe:

  • Macht sich die Geothermie – also die Erdwärme zunutze 
  • Heizen und Wasseraufbereitung mit kostenfreier und unerschöpflicher Erdwärme 
  • Benötigt keinen Brennstoffvorrat für die Heizung
  • Auch zum Kühlen geeignet
  • Ausführung je nach Grundstücksgröße
  • Besonders geeignet für Neubau
  • Geräuscharm 
  • Wartungsarm durch wenige bewegliche Komponenten  
  • Langlebig unter der Erde
  • Wärme steht jeden Tag und jederzeit zur Verfügung 
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3 gute Gründe für eine Wärmepumpe

Neben den spezifischen Vorteilen der Erdwärmepumpe, bieten Wärmepumpen allgemein viele gute Gründe sie zum Heizen, für die Warmwasseraufbereitung oder zum Kühlen zu nutzen.

Sommerliche Frische aus der Erde:
Kühlen mit Geothermie

Die Sole-Wasser-Wärmepumpe, die die Wärme der Geothermie nutzt, lässt sich im Sommer auch zum Kühlen nutzen. Sie macht sich ganzjährig konstante Temperaturen um die 10 Grad Celsius im Erdreich zunutze.

Das Funktionsprinzip der Wärmepumpe wird zum Kühlen umgekehrt. Bei diesem Prozess wird der Verdichter/Kompressor umgangen – der das Temperaturniveau eigentlich anhebt.

Auch beim Einsatz von Erdkollektoren kann die Sole-Wasser-Wärmepumpe zum Kühlen genutzt werden. Sie liegen jedoch näher an der Erdoberfläche, was den Einsatz von einem zusätzlichen Wärmetauscher notwendig macht, der der zugeführten Energie Wärme entzieht.

Entweder wird über Gebläsekonvektoren kühle Luft ins Haus abgegeben oder kühles Wasser über die Fußbodenheizung verteilt. 

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Investition in die Zukunft: Anschaffungskosten im Überblick

Die Kosten der Erdwärmepumpe setzen sich Kosten für die Anschaffung und den Installationskosten zusammen. Die Erdwärmepumpe selbst kostet durchschnittlich zwischen 12.000 und 18.000 Euro. Die Bodenarbeiten für die Erdkollektoren kosten zwischen 2.500 und 5.000 Euro, die Bohrungen der Erdsonden liegen bei 3.500 bis 9.000 Euro. 

Die auf den ersten Blick hohen Anschaffungskosten und der hohe Aufwand der Bodenarbeiten bei beiden Erschließungsarten stehen den sehr geringen Betriebs- und Wartungskosten gegenüber. Die Wartung muss aufgrund der wenigen beweglichen Teile nur einmal jährlich erfolgen und kostet durchschnittlich 250 bis 300 Euro. 

Wärmepumpen sind allgemein durch die Bundesförderung effiziente Geräte (BEG) förderfähig – auch die Sole-Wasser-Wärmepumpe. Der maximale Fördersatz bei Erdwärmepumpen liegt bei 40 %. Sie bietet auch im Jahr 2023 die höchsten Zuschüsse aller Heizsysteme und bleibt daher eine attraktive Wahl für Hausbesitzer

Die Förderung hängt auch mit der aktuellen Heizung zusammen, da sie mit dem Austausch der alten Heizungsanlage verknüpft ist. Der Zuschuss für eine Wärmepumpe beträgt zu Beginn 25 % und erhöht sich um 10 % bei Austausch der alten Ölheizung oder Gasheizung. 

Eine Wärmepumpe, die Wärme aus dem Erdreich, dem Wasser oder Abwasser als Energiequelle nutzt, also auch die Erdwärmepumpe, erhöht die Fördersumme um 5 %. Weitere 5 % Bonus kommen seit Januar 2023 zur Förderung hinzu, wenn ein natürliches Kältemittel benutzt wird. Diese beiden Boni lassen sich jedoch nicht kombinieren – daher bleibt die maximale Förderung bei 40 %

Erdkollektoren vs. Erdsonden:
Installationen im Vergleich

Bei der Installation kommt es auf die Art der Erdwärmepumpe an – ob über Erdkollektoren oder über Erdsonden die Energie gewonnen wird. 

Installation Erdkollektoren

Bei der Installation der Erdkollektoren sind Aushubarbeiten notwendig, die in Eigenregie erfolgen dürfen. Die Fläche der Erdkollektoren hängt vom Heizbedarf und dem Gebäude ab.

Eine Faustformel für die Auslegung ist das 1,5 bis 2-fache der zu beheizenden Fläche. Soll ein Haus mit 120 Quadratmetern beheizt werden, muss die Kollektoroberfläche ca. 180 bis 240 Quadratmeter betragen.

Die Fläche über dem System darf nicht bebaut, asphaltiert oder mit Sträuchern und Bäumen, mit tiefen Wurzeln bepflanzt werden. 

Vorteile Nachteile
Aushubarbeiten dürfen in Eigenregie erfolgen  Großer Platzbedarf 
Kostensparend bei Installation und Bodenarbeiten Effizienz reduziert sich durch Nähe zur Oberfläche 
  Fläche darf nicht bebaut/asphaltiert werden

 

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Installation Erdsonde

Bei der Installation der Erdsonden ist eine Bohrung notwendig. Sie ist genehmigungspflichtig und darf nicht in Eigenregie durchgeführt werden.

Die maximale Bohrtiefe liegt üblicherweise bei 100 Metern, da hier nur die Genehmigungen des Bauamts und der Wasserbehörde erforderlich sind. Bei tieferen Bohrungen muss das Bergbauamt zusätzlich genehmigen.

Im Durchschnitt liegt die Bohrtiefe bei ca. 70-100 Metern. Diese Tiefenbohrungen und Bodenarbeiten sind aufwendiger und daher teurer als bei den Erdkollektoren.

Trotzdem besticht diese Wärmequelleanlage durch den geringen Platzbedarf. Auch kommt es aufgrund der konstanten Temperatur der Wärmequelle zu keinen Schwankungen bei der Wärmebereitstellung. 

Vorteile Nachteile
Effizienter durch konstante Temperaturen Genehmigungspflichtig
Platzsparend Bohrung mit höheren Kosten verbunden

 

Häufig gestellte Fragen

Eine Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Erdkollektoren lohnt sich in erster Linie beim Neubau, da sie in der Planung berücksichtig werden kann. Es kommt bei der Sole-Wasser-Wärmepumpe auf die Verfügbarkeit von Fläche, die Bodenbeschaffenheit und die Gebäudedämmung an.

Für ein Bestandsgebäude muss vorab die Heizlast bestimmt werden, wie das Haus gedämmt ist und wie alt das bisherige Heizsystem ist. Erst dann kann entschieden werden, ob eine Erdwärmepumpe die richtige Wahl ist oder eine andere Wärmepumpe die bessere Lösung ist. 

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