Erdwärmepumpen: Funktion, Kosten, Vor- und Nachteile

Erdwärmepumpen sind auch als Sole-Wasser-Wärmepumpen bekannt. Der Name gibt bereits einen Hinweis auf die Funktionsweise: Ein Sole-Wasser-Gemisch fließt durch das in den Erdboden eingelassene Rohrsystem der Wärmepumpe. Dort nimmt das Gemisch die Wärme des Erdreichs auf – gespeicherte Sonnenenergie. Über die Rohre wird diese Erdwärme an die Oberfläche transportiert.

Die Temperaturen im Erdreich bleiben das ganze Jahr über konstant und liegen bei etwa 10 Grad Celsius. Damit lässt sich natürlich noch kein Gebäude heizen. Deshalb wird die aufgenommene Wärme an ein Kältemittel übertragen, welches bereits bei diesen niedrigen Temperaturen verdampft. Mittels eines strombetriebenen Verdichters wird das Kältemittel so komprimiert, dass die Temperatur steigt und an den Heizkreislauf im Haus übertragen wird. Das abgekühlte Sole-Wasser-Gemisch fließt erneut in die Erde und der Kreislauf beginnt von vorn.

Erdkollektoren, Erdsonden und weitere Möglichkeiten

Erdwärmepumpen benötigen Erdkollektoren oder Erdsonden, um die Wärme aus dem Erdreich zum Heizen bereitzustellen. Es gibt jedoch auch weitere Möglichkeiten, Erdwärmepumpen mit dem Erdreich zu verbinden, zum Beispiel sogenannte Erdwärmekörbe. Die Funktion der Erdwärmepumpe bleibt bei allen Varianten gleich. 

Eine Wärmepumpe mit Erdsonde setzt eine Tiefenbohrung voraus: 100 oder mehr Meter tief wird die Erdsonde in die Erde eingelassen, um dort die Erdwärme aufzunehmen. Die Bohrung für eine solche Erdwärmepumpe ist aufwendig und genehmigungspflichtig, benötigt jedoch nicht viel Platz. Daher lässt sich diese Art der Sole-Wasser-Wärmepumpe auch auf kleinen Grundstücken umsetzen. Bei Bedarf können mehrere Erdsonden installiert und zusammengeschaltet werden.

Die Erdkollektoren für eine Wärmepumpe werden hingegen nur in etwa 1,5 Meter Tiefe verlegt. In Schlangenlinien breiten sie sich über eine horizontale Fläche aus, die je nach Bodenbeschaffenheit etwa eineinhalb bis drei Mal so groß sein sollte wie die zu beheizende Wohnfläche. Da für diese Erdwärmepumpe nicht in die Tiefe gebohrt werden muss, entfallen die aufwendigen Bohrarbeiten, und auch eine Genehmigung ist in der Regel nicht nötig. Ist weniger Platz vorhanden, können die Erdkollektoren auch schlaufenförmig in Ringen oder vertikal in Gräben verlegt werden.

Seltener werden Erdwärmekörbe eingesetzt. Sie sind eine gute Option, wenn nur wenig Platz zur Verfügung steht. Sie lassen sich flexibel an das vorhandene Grundstück anpassen. In beiden Fällen ist keine Tiefenbohrung für die Erdwärmepumpe nötig.

Auswirkungen der Bodenbeschaffenheit 

Wie effizient Sole-Wasser-Wärmepumpen Wärme aus dem Erdreich aufnehmen können, hängt eng mit der Bodenbeschaffenheit zusammen. Feuchte Böden geben die Wärme besser ab als sandige, trockene Böden. Insbesondere bei Erdwärmepumpen mit Erdkollektoren kann daher eine regelmäßige Bewässerung des Bodens die Effizienz erhöhen. Ungeachtet dessen arbeiten Erdwärmepumpen grundsätzlich sehr effizient und lassen sich in Deutschland an vielen Standorten problemlos und wirtschaftlich einsetzen. 

Die Jahresarbeitszahl (JAZ) beziffert die Effizienz von Wärmepumpen. Eine Jahresarbeitszahl von 3 bedeutet beispielsweise, dass die Wärmepumpe aus einer Einheit zugeführter Energie drei Einheiten Wärmeenergie erzeugen kann. Die zugeführte Energie ist Strom: Er wird benötigt, um den Pumpkreislauf aufrechtzuerhalten, das Kältemittel zu verdichten etc. 

Erdwärmepumpen arbeiten äußerst effizient und erreichen durchschnittlich eine Jahresarbeitszahl von etwa 4,1. Dieser Wert berücksichtigt bereits, dass die Gegebenheiten vor Ort die Effizienz beeinflussen. Bei günstigen Standortbedingungen kann die Jahresarbeitszahl deutlich höher ausfallen. Ein Wärmebedarf von 20.000 Kilowattstunden pro Jahr lässt sich also, grob gesagt, mit 5.000 Kilowattstunden Strom decken. 

Damit arbeiten Erdwärmepumpen – wie alle Wärmepumpen – deutlich effizienter als konventionelle Heizsysteme wie Öl- und Gasheizungen, die selbst in der effizientesten Ausführung maximal einen Wirkungsgrad von 100 % (entspricht einer Jahresarbeitszahl von 1) erreichen können. 

Die Kosten für eine Erdwärmepumpe setzen sich aus einmaligen und laufenden Kosten zusammen. Während die einmalige Investition zunächst hoch erscheint, amortisiert sie sich im Laufe der Jahre unter anderem aufgrund der niedrigen Betriebskosten. Erdwärmepumpen sind äußerst langlebig und können mehrere Generationen lang halten. Somit ist eine gut geplante Erdwärmepumpe wirtschaftlich betrachtet sinnvoll. Hier ein Überblick über die einmaligen Kosten:

1. Anschaffung: Die Kosten für die Anschaffung einer Erdwärmepumpe bewegen sich im niedrigen fünfstelligen Bereich und können je nach Marktlage schwanken.
2. Erschließung der Wärmequelle bei Erdsonden: Die Kosten für die Bohrung bei einer Erdwärmepumpe mit Sonden machen einen großen Teil der Gesamtkosten aus. Wie hoch diese ausfallen, ist sehr unterschiedlich und hängt von der Tiefe der Bohrung und vom Untergrund selbst ab.
3. Erschließung der Wärmequelle bei Erdkollektoren: Eine Erdwärmepumpe mit Erdkollektoren ist günstiger, da die Tiefenbohrung entfällt. Wer handwerklich geschickt ist, kann die Kosten senken, indem er die Kollektoren unter Anleitung von Fachkräften selbst verlegt.
4. Kosten für Genehmigung: Für die Tiefenbohrung bei Erdsonden ist zwingend eine Genehmigung der Unteren Wasserbehörde einzuholen. Bei Erdwärmepumpen mit Erdkollektoren entfällt die Genehmigungspflicht in der Regel.
5. Installation: Nicht zuletzt muss die Erdwärmepumpe fachgerecht angeschlossen werden. Die Kosten dafür bewegen sich im niedrigen vierstelligen Bereich.

Die laufenden Kosten für Sole-Wärmepumpen setzen sich aus den Stromkosten und geringen Wartungskosten zusammen. Mit nur etwa 50 bis 150 € pro Jahr sind die Wartungskosten fast zu vernachlässigen. Die Kosten für Strom fallen mehr ins Gewicht, sind aufgrund der hohen Effizienz jedoch überschaubar. Als Faustregel gilt: Teilen Sie Ihren jährlichen Wärmebedarf in Kilowattstunden durch die Jahresarbeitszahl, um den ungefähren Stromverbrauch der Erdwärmepumpe und damit die Stromkosten ermitteln zu können. 

Da Wärmepumpen effizient arbeiten, rentiert sich die Investition umso schneller, je höher der Wärmebedarf ist. Die Wärmeproduktion muss jedoch wirtschaftlich bleiben, was gerade im Altbau nicht immer der Fall ist.

Erdwärmepumpen sind für den Altbau meist gut geeignet, sofern die Dämmung ausreicht. Es ist von Vorteil, wenn eine Flächenheizung (Wand- oder Fußbodenheizung) vorhanden ist. Bisweilen ist es jedoch ausreichend, einige kleinere Heizkörper durch größere auszutauschen. 

Luftwärmepumpen werden in gut gedämmten Altbauten oft bevorzugt, da die Wärmequelle Luft nicht erst erschlossen werden muss. Die Installation einer Erdwärmepumpe im Altbau ist aufwendiger, lohnt sich jedoch aufgrund der hohen Ersparnis meist trotzdem. Gegebenenfalls empfiehlt sich auch ein Hybridsystem, das eine Erdwärmepumpe mit einer konventionellen Heizung verbindet. Werden mindestens 65 % benötigten Heizenergie mithilfe erneuerbarer Energien beheizt, sind auch die gesetzlichen Anforderungen an moderne Heizsysteme erfüllt.

In gut gedämmten Bestandsbauten ist die Nachrüstung einer Wärmepumpe häufig eine gute Entscheidung. Welche Wärmepumpe unter Berücksichtigung der Kosten und Wirtschaftlichkeit die beste Wahl ist, sollte eine qualifizierte Fachkraft entscheiden.

Wärmepumpen gehören zu den umweltfreundlichsten Heizsystemen, die derzeit existieren. Aufgrund der hohen Effizienz ist der CO2-Ausstoß gegenüber Gas- und Ölheizungen deutlich geringer. Er hängt vor allem von der Quelle des Stroms ab, der für den Betrieb genutzt wird. Das bedeutet wiederum, dass alle Arten von Wärmepumpen nahezu klimaneutral betrieben werden können, wenn Ökostrom genutzt wird – insbesondere dann, wenn er aus der eigenen Photovoltaikanlage kommt. 

Hinweis: Achten Sie darauf, dass ein natürliches Kältemittel (zum Beispiel Propan) zum Einsatz kommt. Die Sole, die als Energieträger verwendet wird, ist aus ökologischer Sicht kaum bedenklich.

Die hohe Effizienz von Erdwärmepumpen führt außerdem zu niedrigen Betriebskosten. So amortisieren sich die Investitionskosten schon nach einigen Jahren, während eine Erdwärmepumpe über viele Jahrzehnte betrieben werden kann. Hohe Förderungen der Bundesregierung machen die Investition noch rentabler. 

Eine Erdwärmepumpe ist eine zuverlässige, geräuscharme und langlebige Heizquelle. Aufgrund der konstant bleibenden Temperaturen des Erdreichs unterliegt der Stromverbrauch – anders als bei Luftwärmepumpen – keinen Schwankungen. Erdwärmepumpen sind auch im Altbau zuverlässig einsetzbar und können darüber hinaus auf unterschiedlichsten Grundstücken installiert werden, da je nach Größe Erdkollektoren, Erdsonden oder Erdwärmekörbe zur Wahl stehen. Nicht zuletzt arbeiten Erdwärmepumpen sehr geräuscharm. 

Spezifische Vorteile der unterschiedlichen Erdwärmepumpen

Erdwärmepumpen mit Erdsonden zeichnen sich durch den besonders geringen Platzbedarf aus. Da sie sehr tief in die Erde eingelassen werden, wirken sich Temperaturschwankungen im Laufe der Jahreszeit so gut wie gar nicht auf die Effizienz aus. 

Erdkollektoren haben den Vorteil, dass sie in der Regel nicht genehmigungspflichtig sind. Auch sind die Arbeiten für die Erschließung der Wärmequelle weniger aufwändig und daher kostengünstiger. 

Für alle Arten von Erdwärmepumpen muss zunächst die Wärmequelle erschlossen werden, was im Vergleich mit der Installation von Luftwärmepumpen aufwändiger und teurer ist. Damit fallen auch die Kosten höher aus, insbesondere für Wärmepumpen mit Erdsonden. 

Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass oberhalb der verlegten Erdkollektoren und Erdwärmekörbe nicht gebaut oder gepflastert werden darf. Eine Bepflanzung ist möglich, jedoch dürfen die Wurzeln nicht zu tief ins Erdreich hineinreichen. 

Spezifische Nachteile der unterschiedlichen Wärmepumpen

Für die Installation von Erdwärmepumpen mit Erdsonden muss zwingend eine Genehmigung der Unteren Wasserbehörde vorliegen. Das dient dem Schutz des Grundwassers. Somit ist die Installation beispielsweise in Wasserschutzgebieten ausgeschlossen. Für die anderen Varianten muss zumindest eine wasserrechtliche Anzeige gemacht werden. Eine Genehmigungspflicht besteht jedoch normalerweise nicht.

Horizontal verlegte Erdkollektoren benötigen im Gegensatz zu Erdsonden viel Platz und lassen sich daher nur auf entsprechend großen Grundstücken umsetzen. 

Die Kosten für Erdwärmepumpen zahlen sich bei guter Planung immer aus. Die Ersparnis an Heizkosten ist so hoch, dass die einmaligen Kosten sich innerhalb von Jahren amortisieren, während Erdwärmepumpen über Jahrzehnte zuverlässig arbeiten können. Je höher der Wärmebedarf eines Gebäudes ist, desto schneller rentiert sich eine Erdwärmepumpe.

Allerdings muss stets individuell geprüft werden, ob eine Erdwärmepumpe die beste Wahl ist. In einem sehr effizienten Neubau kann die Installation einer Luftwärmepumpe rentabler sein, weil diese genügend Wärme erzeugt und weniger kostet. In einem Altbau mit sehr hohem Wärmebedarf kann hingegen die noch effizientere Wasserwärmepumpe rentabler sein. Fachbetriebe beraten hierzu und planen die wirtschaftlich sinnvollste Alternative. 

Noch lohnenswerter: Erdwärmepumpe mit Photovoltaik

Die höchsten Kosten für den Betrieb einer Erdwärmepumpe fallen für den benötigten Strom an. Wer den Strom teilweise mittels einer Photovoltaikanlage zur Verfügung stellen kann, schont zum einen das Klima und senkt zum anderen die Stromkosten: Ein intelligenter Energiemanager verteilt den gewonnenen Solarstrom so, dass er möglichst effizient eingesetzt wird. Das erhöht den Eigenverbrauch und damit die Rentabilität der PV-Anlage. 

Im Winterhalbjahr genügt der Strom aus einer PV-Anlage in aller Regel nicht, um eine Erdwärmepumpe zu betreiben, zumal der Heizbedarf steigt. Dennoch ist die Kostenersparnis bei guter Planung erheblich, vom Umweltaspekt ganz abgesehen. Lassen Sie sich dazu von einem Fachbetrieb beraten, der für Sie die bestmögliche Kombination aus Wärmepumpe und Photovoltaik ermittelt.