Übliche Bohrtiefen für den Wärmebedarf von Privathäusern liegen normalerweise zwischen 50 und 100 m, in genehmigten Sonderfällen auch bei bis zu 300 m. Die notwendige Tiefe der Bohrlöcher hängt letztlich aber auch von der Entzugsleistung der vorhandenen Gesteinsschichten ab: Besonders effektiv arbeiten Erdwärmesonden in harten Gesteinsschichten wie Granit oder Kalk; auch ein gut durchfeuchteter Lehm-, Kies- oder Löß-Boden ist geeignet. In lockeren Böden hingegen, wie sie auch in der Nähe von Braunkohlerevieren zu finden sind, ist die Wärmeentzugsleistung aufgrund der Hohlräume und Lufteinschließungen weitaus geringer. Abhängig von der Gesteinszusammensetzung und dem vorhandenen Platz können auch mehrere, aber dafür weniger tiefe Bohrungen mit einem Abstand von sechs Metern zueinander vorgenommen werden.
Günstiger gestaltet sich die Wärmegewinnung mittels horizontal verlegter Flächenkollektoren. Diese werden ähnlich wie bei einer Fußbodenheizung in Schlangenlinien in einer Tiefe ab 1,5 m – also unterhalb der Frostgrenze – neben dem zu beheizenden Gebäude verlegt. Dort wird die Sole in erster Linie durch die Wärme der auf das Erdreich fallenden Sonnenstrahlen erhitzt. Im Gegensatz zur Erdsondenbohrung muss die Verlegung der Kollektoren nicht behördlich genehmigt werden. Dafür ist der Platzbedarf weitaus höher: Für die Beheizung eines Gebäudes wird eine Freifläche benötigt, die doppelt so groß ist wie die im Gebäude zu beheizende Fläche. Für ein Einfamilienhaus mit 150 m2 Wohnfläche benötigt man also 300 m2 Erdkollektorfläche. Diese darf weder versiegelt, noch bebaut oder mit tiefwurzelnden Pflanzen bestückt werden.
Darüber hinaus existieren mit Erdwärmekörben und Grabenkollektoren zwei weitere Optionen, die eine lohnenswerte Alternative zu Flächenkollektoren darstellen, bislang aber weitaus weniger populär sind. Beide Lösungen werden oberflächennah installiert und können aufgrund ihrer speziellen Form – Erdwärmekörbe werden spiralförmig, Grabenkollektoren in Schlaufen verlegt – den Flächenverbrauch bei gleichbleibend hoher Entnahmeleistung entscheidend verringern.
Für den Bestand sind die vorgestellten Maßnahmen freilich nur begrenzt geeignet: Da Vertikalbohrungen unter der Gebäudefläche nicht mehr möglich sind, setzen beide Ansätze eine relativ große freie Grundstücksfläche voraus, um entweder die erforderlichen Bohrungen und Bohrabstände oder eine möglichst große Kollektorfläche realisieren zu können.
Überzeugend im Betrieb
Auf den ersten Blick mag die Erdwärmepumpe aufgrund der zeit- und kostenintensiven Installation für viele Anwender erst gar nicht in Frage kommen – dass sie der Luftwärmepumpe damit aber grundsätzlich unterlegen ist, erweist sich als weitverbreitete Fehleinschätzung. Tatsächlich bieten Erdwärmepumpen gegenüber der Luftwärmepumpe einige entscheidende Vorteile, wodurch sie sich (je nach benötigter Heizleistung bzw. dem zu erwartenden Heizwärmebedarf, dem Gebäudestandort sowie Budget und Zeitplan des Anwenders) sogar als sinnvollere Option herausstellen können. So arbeiten Erdwärmepumpen etwa weitaus energieeffizienter, da sie über das Erdreich als Wärmequelle ganzjährig konstante Temperaturen im Plusbereich beziehen können – der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Vorlauftemperatur ist also insbesondere im Winter viel geringer als bei Luftwärmepumpen. Im Durchschnitt erreichen sie somit deutlich höhere Jahresarbeitszahlen (JAZ).
Das bestätigt auch eine 2018 und 2019 durchgeführte Studie des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE: Im Bestand kommen Luftwärmepumpen durchschnittlich auf eine JAZ von 3,1; Erdwärmepumpen auf eine JAZ von 4,1. Die höchstmögliche Effizienz erreichen sie dann, wenn über Erdsonden die thermische Energie tieferer Erdschichten erschlossen wird. Auf lange Sicht und bei hohem Wärmebedarf lohnt sich also auch der Aufwand für die Bohrungen. Denn das unterirdische System einer Erdwärmepumpe weist – bei geringem Wartungsaufwand – eine Lebensdauer von mindestens 200 Jahren auf. Die Kosten für die Erschließung des Erdreichs als Wärmequelle dürfen daher fairerweise nicht ausschließlich dem ersten Wärmepumpensystem angelastet werden, da auch noch nachfolgende Systeme diese Quelle nutzen können.
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