Erdwärme: So funktioniert Geothermie im Haus

Wie funktioniert diese Heizart?

Das Temperaturniveau in den Gesteinsschichten und im Grundwasser der Erde ist umso höher, je tiefer man geht. Um diese Wärme direkt nutzen zu können, wären jedoch Bohrungen von mehreren hundert Metern notwendig. Zur Beheizung von Eigenheimen lohnt sich das nicht. Hier kommen oberflächennahe geothermische Systeme zum Einsatz. Sie funktionieren wie Kühlschränke, nur in umgekehrter Richtung: Eine Kühlflüssigkeit wird durch Wärmekollektoren oder Sonden im Erdreich gepumpt. Über die Rohrwände nimmt dieses Wärme auf und verdampft dabei. Das Gas wird von einer Wärmepumpe unter starkem Druck verdichtet und erwärmt. Die Wärme wird in einem Wärmetauscher auf das Wasser des Heizsystems übertragen.

Nach Angaben von Karl-Heinz Stawiarski vom Bundesverband Wärmepumpe, nutzt etwa die Hälfte der aktuell rund 600.000 Wärmepumpen in Deutschland Erdwärme als Energiequelle. Bei den übrigen Wärmepumpen handelt es sich um Systeme, die Wärme aus der Luft gewinnen.

Wie kann ich die Erdwärme für mein Haus nutzen?

Die Erdwärme kann auf zwei Arten erschlossen werden. Die Variante eins sind Flachkollektoren: Das Erdreich wird nur gut einen Meter tief abgetragen, die Kollektoren darin schlangenförmig und horizontal verlegt. "Für das Grundwasser ist dieses Verfahren gut", erläutert Matthias Wagnitz vom Zentralverband Sanitär Heizung Klima (SHK). "Aber man braucht eine freie Fläche, die etwa so groß ist wie die Wohnfläche, bei einer Bestandsimmobilie auch mehr." In einem angelegten Garten bringen die Montage und die Zwischenlagerung des Erdreiches Probleme mit sich. Auch sollte die Fläche später nicht verdichtet und nicht bebaut werden.

Die Erdwärme gelange an die Kollektoren durch Regentropfen, die durch das Erdreich sickern, erklärt Rüdiger Grimm vom Bundesverband Geothermie. Wie viel Energie hierbei produziert wird, ist abhängig von der Wärmeleitung des Bodens, sowie seiner Fähigkeit, Wasser durchsickern zu lassen, aber auch von der Dimension der Anlage, der Dauer des Sonnenscheins, der Außentemperatur und der Beschattung. Nur rund ein Drittel aller Sole-Wärmepumpen habe solche Flachkollektoren, schätzt Verbandsexperte Stawiarski.

Deutlich mehr Sondensysteme gibt es, die zweite Variante. Je nach Untergrund und Wärmebedarf werden ein bis zwei Löcher gebohrt, die bis zu 100 Meter tief in den Boden reichen, erklärt Wagnitz. Dort beträgt die Temperatur das ganze Jahr über stabil zehn Grad. Das Bohrverfahren richtet sich nach dem Untergrund. "Den Planern kommt dabei zu Hilfe, dass Deutschland, speziell Ostdeutschland, geologisch sehr gut erkundet ist", sagt Grimm. Allerdings müsse eine Sondenbohrung beim Wasserwirtschaftsamt und dem geologischen Dienst, unter Umständen auch noch beim Bergamt beantragt werden. Dafür seien die Kollektoren meist nicht anzeigepflichtig.

Welche technischen Anlagen brauche ich im Haus?

Mit der Erschließung der Erdwärme alleine ist es nicht getan. Um sie auf das Temperaturniveau anzuheben, das für die Hausheizung benötigt wird, braucht die Wärmepumpe als Antriebsenergie Strom. Je geringer der Temperaturhub und damit die notwendige Antriebsenergie sind, umso effizienter ist die Anlage. "Das Maß für die Effizienz einer Wärmepumpe ist die Jahresarbeitszahl", erklärt Grimm. Sie beziffert die erzeugte Wärmemenge im Verhältnis zur eingesetzten elektrischen Energie. "Eine gute Zielgröße ist die Jahresarbeitszahl vier, das heißt vier Kilowattstunden Wärme entstehen aus einer Kilowattstunde Strom und drei Kilowattstunden kostenloser Erdwärme."

Das funktioniert nur, wenn die Heizung des Gebäudes entsprechend ausgelegt ist: "Je niedriger die Vorlauftemperatur der Heizung, umso effizienter arbeitet die Pumpe", erläutert Wagnitz. "Im Idealfall ist sie niedriger als 50 Grad." Niedrige Vorlauftemperaturen lassen sich durch große Heizkörperflächen und eine energieeffiziente Gebäudehülle, also etwa durch eine gute Dämmung, erreichen.

In einem Neubau ist das kein Thema, im Altbau sind unter Umständen erhebliche Veränderungen notwendig. "Der erste Schritt ist hier die Optimierung, also die Neuberechnung des Heizungssystems", erklärt der Experte. Wie viel Wärme braucht der Raum? Wie groß sind die Heizkörper? "Wenn ich diese Kenngrößen habe, weiß ich, was die Heizung können muss und ob eine Wärmepumpe infrage kommt." Die Berechnung der Wirtschaftlichkeit und die Dimensionierung seien Sache eines Fachmanns.

Wie hoch sind die Kosten?

"Um einen Einfamilienhaus-Neubau mit einer Wohnfläche von 100 bis 120 Quadratmetern zu beheizen und mit Warmwasser zu versorgen, ist eine Wärmepumpe mit einer Leistung von 8 Kilowattstunden Standard", nennt Stawiarski ein Berechnungsbeispiel. Mit Flachkollektoren koste diese 15.000 bis 20.000 Euro, mit einer Sonde 20.000 bis 22.000 Euro. Fördermittel der KfW-Förderbank, aus dem Marktanreizprogramm der Bundesregierung für erneuerbare Energien oder von regionalen Stellen können die Investition erleichtern.