Sole-Wasser-Wärmepumpe im Überblick
Wussten Sie, dass die Erde selbst beinahe unerschöpflich viel Wärme speichert? Ab einer Tiefe von rund 50 Metern herrschen im Erdreich konstant etwa 10 Grad Celsius. Diesem Umstand geschuldet, eignet es sich hervorragend als Wärmequelle für Wärmepumpen. Die sogenannte Sole-Wasser-Wärmepumpe nutzt die Wärme des Erdreichs und wandelt sie effizient in nutzbare Energie um. Durch die ganz jährlich konstante Temperatur arbeitet der Wärmeerzeuger auch bei kalter Außentemperatur im Winter mit maximaler Effizienz.
Sole-Wasser-Wärmepumpe: Funktionsweise
Sole-Wasser-Wärmepumpen, auch Erdwärmepumpen oder Solewärmepumpen genannt arbeiten prinzipiell nach dem gleichen Prinzip wie alle andern Wärmepumpen Arten auch. Sie nutzen Umweltwärme und wanden diese in nutzbare Energie zum Heizen und die Warmwasserbereitstellung um. Aus der Bezeichnung Sole-Wasser-Wärmepumpe lässt sich ableiten, dass die Wärme aus der Erde bezogen wird und über Wasser übertragen wird.
Aus dem Erdreich wird thermische Energie bezogen. Dafür zirkuliert Sole in Erdsonden bzw. Flächenkollektoren, je nachdem welche Option bei der Installation gewählt wurde. Bei der Sole handelt es sich um ein Gemisch aus Frostschutzmittel und Wasser, was gewährleistet, dass die Anlage auch bei Minusgraden problemlos arbeiten kann.
Nachdem die Wärme mittels Sole zur Wärmepumpe befördert wurde, gibt diese die thermische Energie an das Kältemittel in der Anlage ab. Dieses zeichnet sich durch seinen äußerst niedrigen Siedepunkt aus und verdampft. In einem Verdichter wird der Kältemittel-Dampf komprimiert, wodurch sich sowohl Druck, als auch Temperatur erhöhen. Als nächstes gelangt das erwärmte Gas in den Kondensator, wo ihm die Wärmeenergie entzogen wird und an das Wasser im Heizkessel weitergeleitet wird. Über ein Entspannungsventil nimmt das Kältemittel, dass an Wärme und Druck verloren hat, seine ursprüngliche, flüssige Form wieder an und der Kreislauf beginnt von neuen.
Um die Erdwärme zu gewinnen, stehen zwei Optionen zur Verfügung:
- Flächenkollektoren: Auch Erdkollektoren genannt. Sie werden oberflächennah verlegt
- Erdsonden: Für die Verlegung von Erdsonden sind Bohrungen von bi zu 100 Metern erforderlich.
Erschließung durch Flächenkollektoren
Eine Möglichkeit um an die Erdwärme zu gelangen, sind Flächen- bzw. Erdkollektoren. Hierbei wird ein Rohrsystem waagerecht, in schlangenförmigen Linien, in einer Tiefe von 1 bis 2 Metern unter der Erdoberfläche verlegt. Auch wenn Umweltfaktoren wie Sonneneinstrahlung oder Regen die Erd-Temperatur beeinflussen fallen die Schwankungen geringer aus, als es bei Luft-Wasser-Wärmepumpen, die Außenluft als Wärmequelle nutzen. Auch wenn die Kollektoren selbst von Fachpersonal verlegt werden sollten, können Sie sich Kosten sparen, indem Sie die Gräben selbst ausheben.
Der Platzbedarf der Kollektoren hängt insbesondere vom individuellen Wärmebedarf ab. In der Regel liegt er beim 1,5 bis 2 fachen der Fläche, die beheizt werden soll. Die Flächenkollektoren beziehen Wärme aus dem Bereich nahe der Oberfläche, weshalb die Bodenbeschaffenheit den Energieertrag maßgeblich beeinflusst. Oberhalb des Rohrsystems, darf die Fläche in keinem Fall zugebaut oder asphaltiert werden. Beachten Sie auch, dass bei dieser Variante eine vergleichsweise große Fläche benötigt wird, klären Sie also zuerst mit einem Experten ab, ob Ihr Grundstück alle Voraussetzungen erfüllt.
Erschließung durch Erdsonden
Eine weitere Option zur Erschließung der Erdwärme sind Erdsonden. Um diese zu Installieren, werden Bohrungen durchgeführt. Nun können die Sonden in etwa 40 bis 100 Metern tiefe vertikal bzw. schräg in die Erde eingelassen werden. Durch die Sonde fließt Sole, welche die Erdwärme aufnimmt, die in dieser Tiefe konstant bei rund 10°C liegt und an den Wärmeaustauscher weiterleitet. Durch die gleichbleibenden Temperaturen kann die Wärmepumpe das ganze Jahr über mit der selben Effizienz arbeiten, ganz unabhängig von den Außentemperaturen. Verglichen mit Flächenkollektoren benötigen Sie nur verhältnismäßig wenig Platz. Wie tief die Bohrung letzten Endes wirklich sein muss, hängt von den individuellen Gegebenheiten, wie der Wärmeleitfähigkeit des Bodens oder dem eigenen Heizbedarf ab.
Beachten Sie, dass Bohrungen für Erdsonden immer von einem Experten abgesegnet und durchgeführt werden sollten. Zudem sind Genehmigungen einzuholen, da bei dem Prozess, je nach tiefe, grundwasserführende Schichten durchbohrt werden müssen. Setzten Sie sich hierfür mit der unteren Wasserbehörde bzw. Bergbehörde in Verbindung. Je nach Lage und Region kann es tatsächlich sein, dass Ihnen Ihr Bauprojekt verwehrt wird.
Sole-Wasser-Wärmepumpe: Genehmigungen
Bevor die Erdwärmepumpe installiert werden kann, steht der Gang zur Behörde an, da sie in das Erdreich und Grundwasser eingreifen. Das wiederum kann Auswirkungen auf das Ökosystem mit sich bringen, weshalb eine Genehmigungspflicht für derartige Vorhaben besteht. In Deutschland regeln Wasserhaushaltsgesetz und Landeswassergesetzte den Schutz örtlicher Gewässer, sowie dem Grundwasser. Bohrungen, die für die Installation der Erdsonden unumgänglich sind, können mehrere Grundwasserschichten durchdringen, oder in geologische Strukturen eingreifen. Das kann eine Verschmutzung der Gewässer oder Setzungen im Erdreich hervorrufen, was eine umfassende Prüfung unabdinglich macht.
Genehmigungen für Bohrungen im Zuge der Installation einer Erdwärmepumpe, werden in der Regel von zuständigen Wasserwirtschaftsamt oder der unteren Wasserbehörde erteilt. Je nach Bundesland können sich hier die Regelungen und Vorgaben unterscheiden. Die Behörden prüfen die geologischen Gegebenheiten vor Ort, sowie die Nähe zu Trinkwasserschutzgebieten und das geplante Verfahren. Situationsbedingt können zusätzlich Naturschutzbehörden oder das Bergamt involviert sein.
Sole-Wasser-Wärmepumpe: Vor- und Nachteile
Sole-Wasser-Wärmepumpen nutzen Erdwärme, auch Geothermie genannt, um Gebäude zu beheizen. Durch die konstante Temperatur im Erdreich, die insbesondere bei Erdsonden keinen bis lediglich geringen Schwankungen unterliegt, arbeitet die Anlage besonders effektiv. Je nach Modell kann sie sogar zur Gebäudekühlung im Sommer verwendet werden. Ganz wie jedes andere Heizsystem auch, hat die Sole-Wasser-Wärmepumpe gewisse Vor- und Nachteile.
Vorteile
Hohe Effizienz bei geringen Betriebskosten:
Erdwärmepumpen nutzen die vergleichsweise konstanten Temperaturen des Erdreichs als Wärmequelle. Selbst bei Minusgraden liegt diese über der Außentemperatur, weshalb die Anlage das ganze Jahr über effizient arbeiten kann. Damit ist sie wirksamer als Luft-Wasser-Wärmepumpen, die gewissen Schwankungen unterliegt, da sie die Außenluft als Energiequelle nutzen. Durch die konstante Arbeitsweise entstehen geringere Heizkosten, sowie ein besseres Verhältnis zwischen der eingesetzten Energie und der gewonnenen Wärme.
Unabhängigkeit von äußeren Witterungsbedingungen:
Egal ob es draußen sommerliche 30°C hat, oder doch eher Temperaturen unter Null, die Erdwärme bleibt ganzjährig recht konstant, was in einer zuverlässigen Heizleistung resultiert.
Umwelt- und Ressourcenfreundlichkeit:
Da Erdwärme als Energiequelle der Sole-Wasser-Wärmepumpe genutzt wird, stellt diese eine umweltfreundliche, klimaschonende Alternative zu fossilen Brennstoffen dar. Diese Schaden durch ihren hohen CO₂ Ausstoß nicht nur der Umwelt, sie stehen uns auch nicht unbegrenzt zur Verfügung. Anders ist das bei frei Verfügbaren Energieträgern wie der Erdwärme. Insbesondere wenn die Anlage in Kombination mit erneuerbaren Energien, wie einer PV-Anlage genutzt wird, ist der CO₂-Fußabdruck sehr gering.
Lange Lebensdauer:
Sole-Wasser-Wärmepumpen zeichnen sich durch eine lange Lebensdauer aus. Einzelne Komponenten, wie Erdsonden, können bis zu 50 Jahren halten. Der Wärmeerzeuger an sich weiß in der Regel eine Lebensdauer von etwa 20 bis 30 Jahren auf.
Kühlung im Sommer:
Sole-Wasser-Wärmepumpen können auch zu passiven Kühlung eingesetzt werden. Dabei wird die Wärme des Gebäudes ins Erdreich abgeführt, was Ihre Innenräume herunterkühlt.
Nachteile
Hohe Installationskosten:
Der wohl größte Nachteil einer Sole-Wasser-Wärmepumpe sind die Anfangsinvestitionen. Besonders durch das Verlegen von Erdkollektoren bzw. die Bohrungen für Erdsonden zur Erschließung der Erdwärme, fallen hohe Kosten an. Um hier zu sparen, sollten Sie sich vorab über mögliche Förderungen informieren.
Genehmigungspflicht und Platzbedarf:
Je nach Region wird für die Installation der Erdwärmesonde eine Genehmigung benötigt, da diese tief in das Erdreich eingreift. Bei Erdkollektoren entfällt dieser Schritt zwar in der Regel, dafür wird aber eine große Fläche benötigt, die nicht in jede, Fall gegeben ist, was besonders bei kleineren Grundstücken ein Problem darstellen kann.
Abhängigkeit vom Standort:
Wie effizient eine Sole-Wasser-Wärmepumpe arbeiten hängt unter anderem von den geologischen Gegebenheiten ab. Je nach Gebiet können die Bodenverhältnisse schlechter sein. Beispielweise bei felsigen oder besonders nassen Untergründen gestaltet sich die Installation oft schwierig und die Anlage arbeitet ineffizient. Um derartige Fehler zu vermieden, sollte vorab eine Analyse des Bodens durchgeführt werden.
Lange Amortisationszeit:
Durch die erhöhten Anschaffungskosten zieht sich die Amortisierung der Sole-Wasser-Wärmepumpe über einige Jahre. Auch bei hohen Energieeinsparungen kann es 10 Jahre oder länger dauern, bist die Anfangsinvestitionen sich ausgleichen.
Sole-Wasser-Wärmepumpe: Aufstellung in Neu- und Altbau
Bei Neubauten lässt sich die Sole-Wasser-Wärmepumpe von vorne hinein planen und installieren. Da Neubauten im Regelfall gut gedämmt sind, kann das Gebäude problemlos mit Wärme versorgt werden, was die Heizkosten reduziert.
Aber auch in Altbauten können Sole-Wasser-Wärmepumpen nachträglich installiert werden. Da die Anlage über hohe COP-Werte (Coefficient of Performance) verfügt, können auch in schlechter gedämmten Gebäuden wirtschaftliche Jahresarbeitszahlen, kurz JAZ, erreicht werden. Vor der Installation einer Wärmepumpe im Altbau, müssen allerdings verschiedene Faktoren berücksichtigt und geprüft werden. Dazu zählen unter anderem die Heizlast, das Heizsystem und dessen Alter, sowie die Gebäudedämmung.
Zudem besteht die Option das vorhandene Heizsystem mit einer Sole-Wasser-Wärmepumpe zu kombinieren. So können Sie die Vorteile beider Systeme nutzen. Nutzen Sie beispielsweise ein bivalentes System aus Gasheizung und Wärmepumpe, so stellt die Wärmepumpe den größeren Anteil der Heizwärme bereit. Steigt der Wärmebedarf greift das zweite Heizsystem und entlastet die Erdwärmepumpe. Auf diese Weise steht Ihnen jederzeit genügend Wärme zur Verfügung, während Sie Heizkosten einsparen und Treibhausgasemissionen einsparen.
Aufgestellt wird die Sole-Wasser-Wärmepumpe im Haus inneren. Der Platzbedarf hält sich dabei in Grenzen und liegt bei lediglich rund 2 Metern. Achten Sie auf einen stabilen Stand der Anlage und platzieren Sie sie nahe am Erdboden. So können die Leitungswege möglichst kurz bleiben. Um die Verbindung von Wärmepumpe und Rohrsystem zu schaffen wird nämlich Fußboden oder Hauswand in Bodennähe durchbohrt
Sole-Wasser-Wärmepumpe: Kosten & Förderung
Die Gesamtkosten für die Erdwärmepumpe, setzten sich aus Anschaffungskosten, Erschließungskosten und Installationskosten zusammen. Später kommen noch die laufenden Betriebskosten und regelmäßige Wartungskosten dazu.
Für die Anlage an sich, müssen Sie mit etwa 12.000 bis 20.000 Euro rechnen. Lassen Sie sich hier von einem Energieexperten beraten, der Sie bei der Wahl des richtigen Modells unterstützt. Je nachdem ob Sie sich für Erdkollektoren oder Erdsonden entscheiden unterschieden sich die Kosten. Während Sie bei Kollektoren mit Kosten von rund 2.000 bis 5.000 Euro rechnen müssen, kommen die Erdsonden alles in allem auf rund 3.5000 bis 10.000 Euro. Bohrung und Installation sind in dieser Preiseinschätzung inkludiert.
Langfristig gesehen, sind die Betriebskosten natürlich nicht zu vernachlässigen. Durch den geringen Stromverbrauch amortisiert sich die Anlage in der Regel nach rund 10 Jahren. Aus einer Einheit Strom kann die Anlage ganze 4 bis 5 Einheiten Wärmeenergie gewinnen. Ihr Wirkungsgrad liegt demnach bei 400 bis 500 Prozent und ist damit deutlich höher, als der herkömmlicher Heizsysteme. Je nach individuellem Heizbedarf und dem Strompreisen unterschieden sich die Kosten. Dazu kommen Wartungskosten, die mit rund 40 Euro pro Jahr, beinahe zu vernachlässigen sind.
Förderungen
Aufgrund ihrer Umweltfreundlichkeit und Effizienz, werden Wärmepumpen staatlich gefördert. Die Basisförderung liegt bei 30% der förderfähigen Kosten, kann sich aber situationsbedingt auch bis zu 70% erhöhen.
Zu den sogenannten Förderfähigen Kosten zählt nicht nur die Anschaffung und Installation des Wärmeerzeugers, sondern auch die Beratung und Planung, sowie die Entsorgung der alten Heizanlage. Die maximal förderfähigen Kosten belaufen sich auf 30.000 Euro. Mit einer Förderung von 70% könnten Sie sich also ganz 21.000 Euro sparen.
Auch Hybrid-Wärmepumpen sind in gewisser Weise förderfähig. Für den Wärmepumpen Teil der Anlage können Sie mit staatlicher Unterstützung rechnen, sofern das Heizsystem zu mindestens 65 Prozent, mit regenerativen Energiequellen betrieben wird.
Was Neubauten anbelangt, so besteht keine direkte Förderung. Allerdings können Sie von zinsgünstigen KfW-Krediten profitieren, wenn Ihr Gebäude Effizienzhaus-Stufe 40 oder höher erreicht.
Greifen Sie auch eine professionelle Energieberatung zurück, in der ein Experte nicht nur die perfekte Wärmepumpe für Ihre Situation identifiziert, sondern Ihnen auch bei der Beantragung von Fördermitteln unter die Arme greift.
Fazit
Sole-Wasser-Wärmepumpen bieten eine effiziente und umweltfreundliche Möglichkeit, die im Erdreich gespeicherte Wärme zur Beheizung von Gebäuden zu nutzen. Durch die konstanten Temperaturen im Boden arbeiten diese Systeme das ganze Jahr über zuverlässig, unabhängig von äußeren Witterungsbedingungen, und tragen so zur Reduktion von Energiekosten und CO₂-Emissionen bei. Besonders in Kombination mit erneuerbaren Energien sind sie eine nachhaltige Alternative zu fossilen Heizsystemen. Trotz hoher Anschaffungs- und Installationskosten, die durch staatliche Förderungen teilweise abgemildert werden können, lohnt sich die Investition langfristig dank niedriger Betriebskosten und einer langen Lebensdauer. Die Installation erfordert jedoch eine sorgfältige Planung und in vielen Fällen behördliche Genehmigungen, weshalb eine professionelle Beratung unverzichtbar ist.
