Sole-Wasser-Wärmepumpe

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Die Sole-Wasser-Wärmepumpe

Wärmepumpe
Wärmepumpe © Arahan, fotolia.com

Unser Erdreich ist ein ganz wunderbarer Wärmespeicher. Sonnenenergie, Regen und Witterungseinflüsse, natürlich Zersetzungsprozesse und nicht zuletzt die Hitze des Erdkerns werden von ihr gespeichert. Dabei muss man gar nicht tief graben, um auf ein konstantes Temperaturniveau zu stoßen. Auf den ersten Blick sehen die Temperaturen, die unterhalb der Frostgrenze, also in 0,8 bis 1,5 Metern Tiefe das ganze Jahr über herrschen, jedoch relativ gering aus. Die 7 bis 12 Grad Celsius reichen aber völlig aus, um durch Sole, Druck und ein wenig externe Energie in Form von Strom das Temperaturniveau so zu erhöhen, dass es sich für Heizzwecke eignet.

Das Funktionsprinzip der Sole-Wasser-Wärmepumpe

Funktionsweise Erdwärmepumpe
Funktionsweise Erdwärmepumpe © Fotosasch, fotolia.com

Zum Heizen und für die Brauchwassererwärmung benötigt das Prinzip der Sole-Wasser-Wärmepumpe nicht nur die im Erdboden gespeicherte Wärme, sondern auch eine externe Energiequelle und ein ausgeklügeltes 3-Kreis-System. Egal, um welche Variante der Sole-Wasser-Wärmepumpe es sich handelt – Erdkollektor oder Erdsonde – beide benötigen einen geschlossenen Kreislauf. Hierin zirkuliert ein Gemisch aus Salz, Wasser und Frostschutzmittel (Sole), um die Wärme aus dem Erdreich aufzunehmen. Mit der Wärmepumpe wird die aufgefangene Erdwärme anschließend an den zweiten Kreislauf, einen Kältemittelkreislauf (meist umweltfreundliches Propan oder Ammoniak), abgegeben. Durch die Änderung des Aggregatzustandes dieses Kältemittels mit Hilfe von Druck erfolgt im Wärmetauscher dann die Erhitzung des Wassers im dritten Kreislauf – der Raumheizung.

Neben der Sole-Wasser-WP gibt es die Luft-Luft-WP, die Luft-Wasser-WP und die Wasser-Wasser-WP.

Erdwärme aus tieferen Schichten

Im Gegensatz zu den Flächenkollektoren ist der Platzbedarf für eine Sole-Wasser-Wärmepumpe auf Erdsonden-Basis relativ gering. Die Sonden werden mittels Tiefenbohrung vertikal in den Boden eingebracht, um dort die warmen Temperaturen auszunutzen. In der Regel werden die Erdsonden in Tiefen von 40 bis 100 Meter eingebracht. Selten in mehr als 100 Metern Tiefe, da hierfür eine spezielle Zulassung durch die Bergbehörde nötig ist. Dennoch fällt die Tiefenbohrung für Erdkollektoren unter das Bergrecht, muss der Bergbehörde also nach § 127 Berggesetz angezeigt werden. Ebenso erfordert die Tiefenbohrung für die Sonden einen hydrogeologisch einwandfreien Standort, der sich nach dem Wasserhaushaltsgesetz, bzw. den bundeslandspezifischen Wassergesetzen richtet. Sieht die Untere Wasserbehörde durch die Bohrarbeiten oder die eingesetzten Spüllösungen das Grundwasser als potenziell gefährdet, so wird eine Genehmigung nicht erteilt.

Erdsonde Wärmepumpe
Schema einer Sole-Wasser-Wärmepumpe in tieferen Schichten, Bildquelle: Bundesverband Wärmepumpe

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Oberflächennahe Erdwärmepumpe

Bei dieser Variante der Erdwärmeausnutzung wird die gespeicherte Wärme in den oberen Erdschichten ausgenutzt. Rund 20 cm unter der Frostgrenze, in unseren Breitengraden also unterhalb von 0,8 bis 1,5 Metern, werden die Kollektoren der Sole-Wasser-Wärmepumpe schlangenförmig im Erdreich verlegt. Die Kollektorenfläche richtet sich dabei nach dem zu beheizenden Raum. Als Faustformel gilt, für die Beheizung einer Wohnfläche von 100 Quadratmetern wird die doppelte Fläche für die Erdkollektoren, in diesem Fall 200 Quadratmeter, benötigt. Je nachdem, wie tief die Kollektoren verlegt werden, wie „speicherfreundlich“ die Bodenbeschaffenheit gestaltet ist und welche Jahreszeit gerade auf dem Kalender steht, liegen die Temperaturen in diesem Bereich zwischen -5 und +25 Grad Celsius. Dieses System bedarf, anders als bei den Erdsonden, keiner Bewilligung durch die Bergbehörde, über die bevorstehenden Erdarbeiten sollte sie aber trotzdem vorab informiert werden.

Erdkollektor Wärmepumpe
Schema einer Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Erdkollektoren, Bildquelle: Bundesverband Wärmepumpe

Bauliche Voraussetzungen

Egal ob Erdsonde oder Flächenkollektor, das zu beheizende Objekt muss gewissen Kriterien entsprechen, damit der Einsatz einer Erdwärmeheizung effizient möglich ist. Nicht zuletzt ist auch die Heizung selbst ein entscheidender Faktor für die Effizienz dieses Systems. Die Heizung muss entsprechend optimiert sein und über eine geringe Vorlauftemperatur verfügen – Idealerweise maximal 40 Grad Celsius. Viele moderne Heizungsanlagen, aber auch Bestandsanlagen erfüllen dieses Kriterium bereits. Flächenheizungen kommen gar mit Vorlauftemperaturen von rund 30 Grad aus und punkten daher bei der Effizienz besonders. Eine gute Wärmedämmung der Gebäudehülle liefert dann das Tüpfelchen auf dem I und senkt nicht nur die Heizkosten. Je mehr Heizenergie aus der nötigen elektrischen Energie gewonnen werden kann, desto wirtschaftlicher arbeitet die Wärmepumpe. Ein Verhältnis von 1 zu 4 wird als Optimum angesehen – um 4 Teile Heizenergie zu produzieren, wird dabei nur 1 Teil Strom benötigt. Darüber hinaus lassen sich Sole-Wasser-Wärmepumpen auch in Altbauten, nach einer energetischen Sanierung, hervorragende nachrüsten. Je nach gewähltem System wird hierfür ein entsprechender Platzbedarf natürlich vorausgesetzt.

Weitere Infos zur Wärmepumpe

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