Für den Betrieb einer Erdwärmepumpe benötigt man eine Vorrichtung zur Aufnahme von Wärme aus dem Erdboden. Das geschieht üblicherweise mit einem Erdkollektor oder mit Erdsonden. Wir klären hier das Für und Wider.
Wie fast überall haben auch diese beiden technischen Einrichtungen Vor- und Nachteile. Aber die eigentlichen Kriterien zur Entscheidung für oder gegen Erdsonde oder Erdkollektor liefern die konkreten Umstände an dem Ort, wo die Wärmepumpe installiert werden soll.
Fangen wir mit dem Erdkollektor an. Das ist eine mäanderfömige Rohrschlange, ähnlich einer Fussbodenheizung. Diese Rohrschlange wird horizontal und knapp unter der Frostgrenze in der Erde verlegt. In unseren Breiten liegt die Frostgrenze zwischen 0,8 und 1,5 m Tiefe. Knapp darunter herrscht im Erdreich eine relativ gleichbleibende Temperatur von 7 bis 12 °C. Das reicht völlig aus, um der Erde genügend Wärme für den Betrieb einer Wärmepumpe zu entziehen.
Die Rohrschlange ist ein geschlossenes System, in dem ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel zirkuliert. Die im Erdkollektor gesammelte Wärme wird über einen Wärmetauscher an die Erdwärmepumpe abgegeben. Dabei kühlt sich das Gemisch ab und kann erneut Wärme aufnehmen.
Der Installationsaufwand ist relativ gering. Nachteilig ist allerdings der enorme Platzbedarf. Als Faustregel gilt, dass für den Kollektor das Doppelte der im Haus zu beheizenden Fläche benötigt wird. Bei einer beheizten Fläche von 100 qm benötigt der Kollektor im Schnitt also 200 qm. Bei sandigen Böden mit schlechter Wärmeleit- und Speicherfähigkeit ist der Flächenbedarf sogar noch höher. Das setzt ein entsprechend grosses Grundstück voraus.
Hinzu kommt, dass Mindestabstände zwischen den Rohrabschnitten sowie zu anderen Versorgungsleitungen eingehalten werden müssen. Bei einem zu dicht gepackten Kollektor kann der Bodenbereich darüber schnell vereisen. Dadurch kann Regenwasser nicht mehr in den Boden einsickern und die Bodenfläche über dem Kollektor verschlammt. Eine Pflasterung oder gar Bebauung des Bodenareals über dem Kollektor darf grundsätzlich nicht erfolgen.
Die Planung einer Wärmepumpe mit Kollektor muss sehr sorgfältig erfolgen. Bei der Dimensionierung von Pumpe und Kollektor darf nicht nur der Wärmebedarf des Gebäudes zugrunde gelegt werden. Es müssen auch die Boden- und Platzverhältnisse auf dem Grundstück mit beachtet werden. Berg- und gewässerrechtliche Belange werden nicht berührt, da weder das Grundwasser benutzt noch tiefe Bohrungen vorgenommen werden müssen. Spezielle Genehmigungen sind daher eher nicht erforderlich. Aber es kann eine Informationpflicht zu dem Projekt gegenüber Behörden bestehen. Das sollte aber der beauftragte Planer wissen und im Auftrag des Bauherren erledigen.
Die Nutzung einer Erdwärmesonde kommt in Betracht, wenn auf dem Grundstück nicht genug Platz für die fachgerechte Verlegung eines Kollektors vorhanden ist. Gleichzeitig sprechen für eine Erdsonde aber auch wirtschaftliche Gründe. Die Sonde reicht wesentlich tiefer in die Erde, als ein Kollektor. Erdsondenbohrungen für den privaten Bereich können bis zu 100 m in die Tiefe reichen. In diesen Bereichen ist die gespeicherte Wärme überhaupt nicht mehr abhängig von den an der Oberfläche auftretenden jahreszeitlichen Schwankungen. Und sie ist auch leicht höher als bei der Kollektornutzung. Dadurch ist die angeschlossene Wärmepumpe effizienter und benötigt weniger zusätzlich zugeführte Energie in Form von Strom.
Allerdings ist der Aufwand auch wesentlich höher. Die Erdsonde besteht meist aus 2 Rohren, die am unteren Ende durch ein U-förmiges Fuss-Stück miteinander verbunden sind. Im Betrieb sind die Rohre an einen Wärmetauscher der Wärmepumpe angeschlossen und bilden so ein geschlossenes System. In diesem System zirkuliert ein Wasser-Glykol-Gemisch als Wärmeträger. Gebräuchlich sind auch Salzlösungen, sogenannte Sole. Das kalte Gemisch strömt nach unten und nimmt Wärme auf, die es beim Hochströmen im Wärmetauscher an die Wärmepumpe abgibt.
Zur Aufnahme der Sonde muss eine Bohrung senkrecht in das Erdreich eingebracht werden. Dadurch wird die geologische Struktur aufgebrochen und es werden Grundwasserleiter durchschnitten. Nach Einbringen der Sonde muss die Bohrung dicht verpresst werden. Zum einen ist dadurch gewährleistet, dass die Sonde allseitig fest vom Erdreich umschlossen und eine optimale Wärmeübertragung aus dem Erdreich möglich ist. Zum anderen werden die durchstossenen Erdschichten wieder gegeneinander abgedichtet und vertikale Strömungen entlang der Sonde sowie Versickern des Grundwassers aus den Erdschichten werden verhindert.
An das Material der Sonde werden besondere Anforderungen gestellt. Es muss mechanisch belastbar und beständig gegen das im Innern zirkulierende Fluid, aber auch gegen das von aussen einwirkende Grundwasser sein. Häufig wird ein Polyethylen-Kunststoff (PE-X) verwendet, der sich für diese Anwendung bewährt hat.
Reicht eine Sonde nicht aus, können auch mehrere Sonden parallel eingesetzt werden. Dabei muss allerdings ein Mindestabstand von 5 m eingehalten werden, um dem Erdreich nicht punktuell zu viel Wärme zu entziehen, was zu Vereisungen führen würde. Ausserdem gelten Mindestabstände zu anderen Ver- und Entsorgungsleitungen sowie zur Grundstücksgrenze.
Um allen diesen Anforderungen gerecht zu werden und gleichzeitig einen optimalen Betrieb der Wärmepumpenanlage zu gewährleisten, ist auch bei dieser Lösung mit Erdsonde eine akribische Planung durch erfahrene Fachleute notwendig. Das trifft umso mehr zu, wenn in der unmittelbaren Nachbarschaft weitere Erdwärmepumpen betrieben werden oder geplant sind. Ausserdem sind berg- und wasserrechtliche Vorschriften zu beachten. In der Schweiz bedarf eine solche Anlage der kantonalen Bewilligung. Gleichzeitig gibt es jedoch auch kantonale Fördermöglichkeiten.
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