Erdwärmesonde: Wärme aus der Tiefe
Mit Hilfe von Erdwärmesonden wird die Erdwärme zum Heizen oder zur Warmwasserbereitung nutzbar gemacht. Die Sonden werden über eine vertikal oder schräg verlaufende Tiefenbohrung bis zu hundert Meter in das Erdreich herabgelassen, um die höheren Temperaturen tieferer Gesteinsschichten zu erreichen. Die thermische Energie wird anschließend über ein Wärmeträgermedium nach oben befördert. Bosch stellt Ihnen die Technik genauer vor!
Was ist eine Erdwärmesonde?
Bei Erdwärmesonden handelt es sich um einen sogenannten Erdwärmeüberträger, in dem ein Wärmeträger zirkuliert. Am weitesten verbreitet sind sogenannte U-Sonden oder Doppel-U-Sonden, bei denen pro Bohrloch ein oder zwei Rohre am unteren Ende durch ein u-förmiges Fußteil verbunden sind. Neben dieser Bauart existieren auch Koaxial-Sonden. Hierbei finden Vor- und Rücklauf des Trägerfluids oder -gases im selben Rohr statt, welches einen Innenkreis und einen Außenring besitzt.
Als Wärmeträgermedium kommt in der Regel eine sogenannte Sole zum Einsatz, welche aus Wasser und Frostschutzmittel besteht. Deshalb heißen Erdwärmepumpen auch Sole-Wasser-Wärmepumpen. In einigen Gebieten ist dies jedoch aus wasserwirtschaftlicher Sicht bedenklich: Als Alternative bietet sich hier Kohlendioxid an.
Neben Erdsonden kommen bei der Gewinnung von Erdwärme manchmal auch horizontal ausgerichtete Flächenkollektoren zum Einsatz.
Wie funktioniert eine Wärmepumpe mit Erdwärmesonde?
Wärmepumpen mit Erdwärmesonden funktionieren wie die meisten anderen Wärmepumpen auch über einen Kältemittelkreislauf, Wärmetauscher, Verdichter und ein Expansionsventil.
Das Kältemittel (Sole) entzieht dem Erdreich die thermische Energie, wodurch es verdampft. Anschließend wird es im Verdichter komprimiert und heizt sich weiter auf. Dann gibt es seine Wärme an das Heizsystem ab und kondensiert wieder. Im letzten Schritt normalisiert das Expansionsventil den Druck, und der Kältemittelkreislauf kann von vorn beginnen.
Bei einer Eisspeicherheizung entzieht eine Sole-Wasser-Wärmepumpe einem unterirdisch installierten Eisspeicher Wärme, die im Wassertank gespeichert ist. Solar-Luft-Absorber und Erdwärme laden die Zisterne fortwährend mit Energie auf.
Wie werden Erdwärmesonden installiert?
Die Installation von Erdwärmesonden ist ein aufwändiger und kostspieliger Prozess – dafür arbeiten Erdwärmepumpen sehr effizient. Um die Geothermie als Wärmequelle zu erschließen, müssen zunächst eine oder mehrere tiefe Erdbohrungen erfolgen, in welche die Sonden eingebracht werden. Die Bohrtiefe beträgt bis zu 100 Meter. Nur so ist es möglich, die thermische Energie der tiefen Erdschichten nutzbar zu machen.
Wie viele Erdwärmesonden für die Beheizung eines Hauses nötig sind, ist von der zu beheizenden Fläche abhängig. Für eine eher geringe Wohnfläche kann bereits eine Sonde ausreichen. Falls mehrere Sonden benötigt werden, ist der Abstand der Erdsonden zueinander zu beachten – empfehlenswert sind hier etwa fünf bis sechs Meter. Liegen sie zu dicht beieinander, könnte dem Boden mehr Wärme entzogen werden als nachströmen kann. Vereisungen und eine Funktionsunfähigkeit der gesamten Heizanlage wären die Folge.
Vorraussetzung für die Installation
Eine Tiefenbohrung für Erdwärme und deren Nutzung ist jedoch nicht ohne weiteres möglich. Die Arbeiten sind genehmigungspflichtig und müssen mit der unteren Wasserbehörde und / oder Bergbehörde abgeklärt sowie bei diesen angemeldet werden. In einigen Regionen ist es auch verboten, eine Erdwärmebohrung vorzunehmen – zum Beispiel in bestimmten Wasserschutzgebieten. In diesem Fall müssen Sie auf eine Alternative ausweichen, beispielsweise Erdkollektoren. Informieren Sie sich daher vorab, ob die Installation von Erdwärmesonden auf Ihrem Grundstück überhaupt möglich ist.
Nicht zuletzt kann es passieren, bei der Tiefenbohrung für Erdwärme auf Probleme zu stoßen, etwa unter Druck stehende Grundwasserreservoirs oder aber Bohrrisse. Aus diesem Grund ist bei der Planung eine sorgfältige Analyse des Bodens durch eine zertifizierte Bohrfirma unerlässlich. Auch eine Versicherung ist wichtig.
Checkliste: Tipps zur Planung
- Prüfung der Geologie des Grundstücks
- Genehmigung bei den zuständigen Behörden einholen
- Planung und Dimensionierung der Anlage (Sondenlänge, Bohrtiefe, Bohrmeter etc.)
- Zertifizierte Bohrfirma finden
- Spezialversicherung abschließen
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Betrieb von Erdsonden
Eine Erdwärmesonde liefert konstant Energie und zwar über lange Zeit hinweg. Die durchschnittliche Lebensdauer der Sonden liegt bei fachgerechter Ausführung bei bis zu 100 Jahren. Dabei arbeitet die Anlage nahezu wartungsfrei, lediglich die Sole sollte regelmäßig kontrolliert und hin und wieder erneuert werden. Bei überdimensionierten Anlagen ist sogar der Betrieb mit reinem (destilliertem) Wasser möglich. Hierfür muss die Bohrung mindestens 30 Prozent größer ausgelegt werden.
Damit Ihre Erdwärmesonde noch effektiver arbeitet, ist es sinnvoll, das Wärmeträgermedium und somit das Erdreich nachhaltig zu regenerieren. Dies kann über einen zusätzlichen Solarkollektor oder über die Nutzung der Wärmepumpe als Klimaanlage geschehen.
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Was kosten Erdwärmesonden?
Eine Wärmepumpe mit Erdwärmesonde erreicht zwar eine hohe Arbeitszahl, ist aber recht teuer in der Anschaffung. Das Gerät sowie die Installation kosten etwa zwischen 12.000 und 15.000 Euro, die Bohrung und Verlegung der Sonden kann noch einmal mit bis zu 10.000 Euro zu Buche schlagen. Um die Kosten einer Erwärmepumpe etwas zu minimieren, können Sie Fördermöglichkeiten des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) oder zinsgünstige Darlehen der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) nutzen.
Was sind die Vorteile im Überblick?
- Die Nutzung von Erdwärme ist umweltfreundlich, es entstehen keine CO2-Emissionen
- Geothermie ist nachhaltig, unerschöpflich und überall verfügbar
- Die Lebensdauer von Erdwärmesonden beträgt bis zu 100 Jahre, rund das Zehnfache ihrer durchschnittlichen Amortisationszeit
- Bei fachgerechter Ausführung ist Geothermie absolut sicher
- Erdwärmesonden haben einen geringen Platzbedarf
- Der Betrieb einer Erdwärmepumpe ist weitaus günstiger als das Heizen mit Öl oder Gas
- Die Anlage ist sehr wartungsarm
- Das Gerät lässt sich sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen nutzen
- Erdwärmepumpen sind im Betrieb deutlich leiser als z. B. Luftwärmepumpen
Welche Alternativen zur Erdwärmesonde gibt es?
Sollte es Ihnen nicht möglich sein, eine Erdwärmesonde auf Ihrem Grundstück zu installieren, gibt es noch eine zweite Methode zur Nutzung von Geothermie. Hierbei kommen sogenannte Erdwärmekollektoren zum Einsatz, die horizontal und oberflächennah eingegraben werden. Die Installation dieser Erdkollektoren ist zwar kostengünstiger und nicht genehmigungspflichtig, dafür arbeiten Erdwärmepumpen mit Flächenkollektoren weniger effektiv. Außerdem wird für die Leitungen viel Platz auf dem Grundstück benötigt, welcher anschließend nicht mehr bebaut oder mit tiefwurzelnden Pflanzen bepflanzt werden darf. Sollte auch das nicht infrage kommen, sollten Sie sich über andere Wärmepumpenanlagen informieren: zum Beispiel die einfach zu installierenden Luftwärmepumpen.
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FAQ zu Erdwärmesonden
Kann die Erdwärmesonde einfrieren, wenn sie nur mit Wasser gefüllt ist?
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Weshalb muss ein Bohrloch bei Erdwärmesonden verpresst werden?
Welche Probleme können bei einer Erdwärme-Tiefenbohrung auftreten?