Wärmepumpen-Anlage mit Erdwärme

Erdwärmesonden machen, gekoppelt an eine Wärmepumpe, die Erdwärme zum Heizen und für die Wassererwärmung nutzbar. Was sind die Vor- und Nachteile einer Sole-Wasser-Wärmepumpe?

Die Erdwärmesonde wird in ein vertikales Bohrloch eingebaut.
Die Erdwärmesonde wird in ein vertikales Bohrloch eingebaut.

(ves) Erdwärmesonden können unterschiedlich tief ins Erdreich abgeteuft werden und für Heizen respektive Kühlen von Gebäuden genutzt werden. Die Installation von erdgekoppelten Wärmepumpen ist bewilligungspflichtig.

«Untiefe» Erdwärmesonde

Die Erdwärmesonde wird in ein vertikales Bohrloch eingebaut. Die Tiefe der Bohrlöcher kann zwischen 50 und 350 Meter variieren, wobei Erdwärmesonden für die Wärmeversorgung von Einfamilienhäusern häufig bis in eine Tiefe von 100 bis 150 Metern abgeteuft werden. Wird der Erdsondenkreislauf ebenso zum Kühlen des Gebäudes eingesetzt, lohnt sich grundsätzlich eine geringere Tiefe. Der allfällige Sommerbetrieb hilft, das Erdreich mit zusätzlicher Wärme zu laden. Bei der Installation von Erdsonden ist auf Anlagen zu achten, die bereits in Nachbarparzellen installiert worden sind. Kommen sich zwei Erdsonden näher als 30 Meter, kann eine negative Auswirkung auf den Wärmentzug im Untergrund nicht ausgeschlossen werden.

Um vertikale Sickerströmungen entlang der Sonde zu verhindern, wird der Hohlraum im Bohrloch kompakt gefüllt. Auf diese Weise wird der unmittelbare Wärmefluss zwischen Untergrund und Erdwärmesonde garantiert. Die Wärmeträgerflüssigkeit (mit Frostschutz angereichertes Wasser) wird mit Hilfe einer Zirkulationspumpe von der Erdsonde zur Wärmepumpe transportiert; ein Kompressor erhöht die Temperatur danach bedarfsgerecht und idealerweise auf 35 bis 55 °C.

Vorteile   

  • können an individuelle Bedürfnisse angepasst werden

  • geringe Betriebskosten: keine Heizöl- oder Gaskosten, keine Tankreinigungen etc.

  • emissionsfrei

  • kein Transport von Rohstoffen zu Verbrauchern

  • geringer Platzbedarf im Haus und relativ freie Standortwahl

Nachteile

  • höhere Investitionskosten bei Einbau als bei «konventioneller» Heizung

  • bei Sanierung meist kostenintensiv, da Investitionen für den Umbau der Gebäudesubstanz anfallen

«Tiefe» Erdwärmesonde

Im Gegensatz zur «untiefen» Erdwärmenutzung, wobei die Sonden «nur» in Tiefen bis ca. 300 Metern reichen, dringen «tiefe» Erdwärmeprojekte (Tiefengeothermie) bis mehrere tausend Meter in den Untergrund vor. Dort herrschen Temperaturen von 80 °C respektive teilweise über dem Siedepunkt. 

Die Tiefengeothermie kommt nur für die wirtschaftliche Wärmenutzung von Industrieanlagen oder Thermalbäder in Frage. Regionale Energieversorgungsunternehmen sind zudem daran, tiefengeothermische Quellen für eine gross angelegte, kombinierte Strom- und Wärmeerzeugung zu erkunden. Im Kanton Jura wurde im Jahr 2016 die vierte Probebohrung nach Basel, Zürich und St. Gallen durchgeführt. Die drei ersten Pilotprojekte sind erfolglos aufgegeben worden. In Haute-Sorne, JU, will nun die Geo Energie Suisse bis 2021 das erste Geothermie-Kraftwerk seiner Art in der Schweiz bauen und in Betrieb nehmen 

Das Projekt hat bereits die Risikogarantie des Bundes in Form eines maximalen Auszahlungsbetrags von 47 Mio. Franken. Diese Summe wird im Falle eines Teil- oder eines Misserfolgs gewährt. Derzeit ist das Bewilligungsverfahren noch nicht abgeschlossen. Gegen die Entscheidung des Jurassischen Kantonsgerichts, den Sondernutzungsplan gutzuheissen, wurde vor dem Bundesgericht ein Rekurs eingereicht.

Erdwärmesonden-Felder

Um Einfamilienhaus-Quartiere oder Gebäudekomplexe mit erneuerbarer Wärme zu versorgen, werden Erdwärmesonden-Felder installiert. Ein solches Feld kann aus mehreren bis mehrere hundert Erdwärmesonden bestehen, die in regelmässigen Abständen in einer Tiefe von 30 bis 300 Metern im Untergrund installiert werden. Die Sonden werden zum Heizen und Kühlen von einzelnen Wohnhäusern an eine oder mehrere Wärmepumpenangeschlossen. 

Alternative: Erdregister und Energiepfähle 

Erdregister stellen eine Alternative zu Erdwärmesonden dar. Sie können dort eingesetzt werden, wo Erdwärmesonden nicht verwendet werden dürfen.

Im Gegensatz zur vertikal abgeteuften Erdwärmesonde wird ein Erdregister horizontal verlegt. In nur rund 1 bis 3 Meter Tiefe werden Rohrschlangen frostsicher verlegt, um dem Erdreich Wärme zu entziehen. Je nach topographischer Höhenlage kann ein Erdregister dem Erdreich 20 bis 30 W Wärmeenergie pro Quadratmeter entziehen; der Wärmeeintrag erfolgt hingegen durch Sonneneinstrahlung und Regen. 

Die Funktionsweise des Erdregisters ist praktisch identisch mit der einer Erdwärmesonde; ebenso werden häufig Wärmepumpen daran gekoppelt. Der Einbau eines Erdregisters ist nicht  immer bewilligungspflichtig. Informationen sind auf den kommunalen Bauämtern oder kantonalen Energiefachstellen erhältlich.

Energiepfähle

Ähnlich wie Erdwärmesonden funktionieren so genannte Energiepfähle, die zur Erhöhung der Standfestigkeit von Gebäudefundamenten verwendet werden. Die Pfähle selbst werden ins Erdreich gerammt. An den internen Armierungseisen werden Leitungen befestigt, welche die Wärme des Erdreichs durch die Pfähle hindurch zur Wärmepumpe leiten.

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