Erdwärme nutzen - aber wie?

In Island ist es gang und gäbe: Ein Großteil der Gebäude auf der Insel wird mit Erdwärme beheizt und sogar elektrischer Strom erzeugt. Dies ist kein Wunder, denn hier sind an vielen Orten heiße Thermalquellen zu finden.

In Deutschland beträgt die Temperaturzunahme in der Erdkruste etwa 3°C pro 100 Meter Tiefe. Man muss also tief bohren, um zu Temperaturen vorzudringen, die sich für eine direkte Beheizung von Gebäuden eignen.

Doch auch die ganzjährig recht konstante Temperaturniveau zwischen etwa 7 und 11°C nahe der Erdoberfläche lässt sich für die Beheizung (und auch für die Klimatisierung) von Gebäuden nutzen.

Eine technische Möglichkeit der Nutzung bieten Erdkanäle für Gebäude, die in der Heizperiode kalte Außenluft vorwärmen und im Sommer die heiße Außenluft kühlen können. Solche einfachen Maßnahmen rechnen sich häufig bei Gebäuden, die einen hohen Frischluftbedarf haben und deshalb mit Hilfe von Lüftungsanlagen beheizt bzw. klimatisiert werden, beispielsweise Sporthallen.

Für Wohngebäude bieten sich hingegen Wärmepumpen an, welche die Wärme mittels Heizungwasser in das Gebäude übertragen.

Solche Anlagen nutzen eine Kompressionspumpe, um ein Kältemittel umzuwälzen, ähnlich wie beim Kühlschrank. Hinter der Pumpe entstehen bei hohem Druck hohe Temperaturen, bei denen Wärme an den Heizkreis abgegeben werden kann. Das abgekühlte Kältemittel passiert anschließend eine Engstelle (Entspannungsventil). Durch Entspannung entstehen tiefe Temperaturen, wodurch Wärme aufgenommen werden kann. Mit dem erneuten Passieren der Pumpe schließt sich der Kreislauf.

Die Differenz zwischen der aufgenommenen und der abgegebenen Wärme muss in Form von mechanischer Arbeit zugeführt werden. Marktgängige Systeme werden elektrisch betrieben, man spricht deshalb auch von einer Elektrowärmepumpe. Je geringer die Temperaturdifferenz ausfällt, um ein Gebäude zu beheizen, desto weniger Strom benötigt die Wärmepumpe. Vorteile für die Umwelt ergeben sich erst dann, wenn der elektrische Energieaufwand über das ganze Jahr gerechnet auf etwa 1/4 absinkt, also mindestens 3/4 der Wärme aus der Umgebung gewonnen werden können. Erst dann kann eine Wärmepumpe die Verluste bei der Energieumwandlung im deutschen Kraftwerkspark wettmachen.

Eine solche sogenannte Jahresarbeitszahl von Vier können wir unter drei Bedingungen erreichen:

1. Wir nutzen das ganzjährig ausgeglichene Temperaturniveau der Erdkruste mit Hilfe von Erdsonden oder Erdkollektoren. Die fertige Anlage heißt Erdreich-Wasser-Wärmepumpe. Wo Grundwasser ansteht, kann man dieses auch direkt nutzen: in der sehr effizienten Wasser-Wasser-Wärmepumpe.

2. Wir wohnen in einem gut isolierten Gebäude mit einem geringen Heizwärmebedarf.

3. Wir nutzen flächendeckend Flächenheizungen, z.B. Fußbodenheizungen, um auf einem niedrigen Temperatur (bis maximal 35°C) heizen zu können.

Solche Bedingungen können wir am Besten im Neubau realisieren. In diesem Falle können wir noch einen wirtschaftlichen Vorteil ausnutzen: Es wird kein Schornstein benötigt.

Wärmepumpenanlagen sind um Einiges teurer in der Anschaffung als herkömmliche Heizungsanlagen. Insbesondere Bohr- und Erdarbeiten erfordern sorgfältige Planung und Ausführung. Dichtigkeit der Rohrsysteme und Wahrung der Grundwasserschichtung müssen gewährleistet werden.  Eine vernünftig ausgelegte Erdreich-Wärmepumpenanlage für ein Einfamilienhaus kostet komplett mit einer Erdsondenlänge von typischerweise 135 Metern stolze 14.000 bis 15.000 Euro. Auf der anderen Seite sind die Betriebs- und Verbrauchskosten gering und die Nutzungsdauern lang und machen die Investition wieder attraktiv.

Viele Energieversorger bieten einen günstigen Stromtarif speziell für Wärmepumpen an, der mit einem zweiten Stromzähler gemessen wird. Die KfW-Bankengruppe bietet für effiziente Systeme zinsgünstige Kredite, um eine Finanzierung stemmen zu können. Ein wirtschaftlicher Vergleich mit anderen Heizungssystemen ist sehr empfindlich abhängig von der zukünftigen Steigerung der jeweiligen Brennstoffpreise.

Übrigens: In Lohmar ist bereits seit den 90er Jahren eine Erdreich-Wärmepumpe in Betrieb: In der Naturschule Aggerbogen, siehe auch die Projektbeschreibung

Wärmepumpen sind nicht nur als Geräte erhältlich, die das Temperaturniveau des Erdreichs nutzen. Die Luft-Wasser-Wärmepumpe beispielsweise nutzt in der Regel die Außenluft als Wärmequelle. Da sie in der Heizperiode nur ein niedriges Temperaturniveau nutzt, ist ihre Jahresarbeitszahl relativ schlecht. Interessanter sind da schon Anlagen, die Abwärme nutzen können, die sonst ungenutzt verloren gehen würde: beispielsweise durch Abluft oder Abwasser.

Einige Neuentwicklungen bietet der Markt mit Geräten, die auf einen elektrischen Kompressor verzichten.

Gasmotor-Wärmepumpen können beispielsweise Wärme auf mehreren Ebenen abgeben: zum einen durch die Kompression des Kältemittels, zum anderen direkt aus dem Gasmotor und in einer dritten Stufe aus dem Abgas.

Die Absorptionswärmepumpe ist eine weitere gasbetriebene Alternative, um auf den elektrischen Kompressor verzichten zu können. Solche Geräte werden beispielsweise von Vaillant und von Buderus entwickelt.

Aktuelle Entwicklungen der Gaswärmepumpen finden Sie unter www.asue.de.