Heizen mit einer Erdwärmepumpe

Beim Heizen mit einer Erdwärmepumpe entzieht die Wärmepumpe der Erde (= Sole) Wärme, um diese letztendlich an das Medium Wasser abzugeben: eine Sole-Wasser-Wärmepumpe. Entscheidende Kenndaten zur Bewertung der Erdwärmepumpe sind die Jahresarbeitszahl, die Investitionskosten / Preis sowie der Stromverbrauch und die Stromkosten des aktuellen Wärmepumpentarifs.

Bewertung der Erdwärmepumpe

Die Bewertung der Erdwärmepumpe erfolgt meistens mit Hilfe einer so genannten Jahresarbeitszahl.

Die Jahresarbeitszahl (JAZ) ist das Verhältnis zwischen der eingesetzten jährlichen Strommenge und der dabei erzeugten Wärmemenge. Dabei wird der gesamte Stromverbrauch für Heizung und/oder Warmwasserbereitung betrachtet, also inklusive der eingesetzten Pumpen (Soleumwälzpumpe etc.) und des elektrischen Notheizstabes (falls vorhanden) und der Regelung.

Je größer diese Jahresarbeitszahl ist, um so besser, d.h. umso effektiver arbeitet die Erdwärmepumpe.

Die Berechnung der Gesamtjahresarbeitszahl erfolgt nach der VDI-Richtlinie 4650. Wie bei einem Auto, dass theoretisch einen Benzinverbrauch von beispielsweise 4,5 Litern besitzt, tatsächlich jedoch im Stadtverkehr auch über 10 Liter verbrauchen kann – ist vergleichbares auch bei der JAZ der Wärmepumpe möglich.

Für die (elektrisch betriebene) Erdwärmepumpe gelten folgende Mindestwerte:

– Bei Neubau (nach EEWärmeG):

• Für Heizung: erforderliche Mindest-JAZ der Erdwärmepumpe = 4,0
• Für Heizung und Warmwasser: erforderliche Mindest-JAZ der Erdwärmepumpe = 3,8

– Bei BAFA-Förderung:

• Neubau: inzwischen keine Förderprogramme mehr zur Erdwärmepumpe
  
• Bestandsgebäude: Erforderliche Mindest-JAZ der Erdwärmepumpe = 4,3

Theoretisch wird für die Erdwärmepumpe oftmals eine JAZ von weit über 4 versprochen. Die Praxis für die (elektrisch betriebene) Erdwärmepumpe sieht aber folgendermaßen aus:

– Reale Werte lt. Studie des Bundeswirtschaftsministeriums (Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE):

• Neubau mit Fußbodenheizung und ohne Berücksichtigung von Speicherverlusten: real gemessene JAZ der Erdwärmepumpe = 3,9
• Bestandsgebäude mit normalen Heizkörpern und zum Teil auch in Kombination mit Fußbodenheizung: real gemessene JAZ der Erdwärmepumpe = 3,3

– Reale Werte lt. Feldtest in Lahr (Baden-Württemberg):

• Bei Flächenheizungen:real gemessene JAZ der Erdwärmepumpe = 3,4 (bzw. 3,1 bei Berücksichtigung der Speicherverluste für Heizung und Warmwasser)
• Bei Heizkörpern: real gemessene JAZ der Erdwärmepumpe = 3,3

So genannte monovalente Anlagen – also Anlagen bei mit nur einem einzigen Wärmeerzeuger ( Erdwärmepumpe ) – haben oftmals einen Notheizstab im Speicher integriert. Das bedeutet, dass bei erhöhtem Wärmebedarf im Winter der Heizstab notfalls mit einspringen kann, um die erforderliche Wärme zu erzeugen. Das senkt natürlich die Gesamtjahresarbeitszahl der Erdwärmepumpe deutlich. Es gibt aber inzwischen auch Anlagen ohne elektrischen Heizstab (und ohne zusätzlichen Wärmeerzeuger).

Insgesamt ist daher die Erdwärmepumpe (sowie die Wärmepumpe, die Grundwasser als Medium nutzt) effektiver als eine Luftwärmepumpe.

Wie viel Wärme dem Boden entzogen werden kann, ist von der Bodenbeschaffenheit abhängig und kann daher regional sehr verschieden sein. Prinzipiell ist ein „wasserspeichernder“ Boden (lehmiger Boden) besser geeignet als ein sandiger Boden. Ein Bodengutachten gibt Aufschluss. Ferner ist zu unterscheiden, wie die Wärme gewonnen wird: Es gibt so genannte Erdkollektoren die horizontal (im Garten) verlegt werden und vertikale (senkrechte) Erdsonden, die über eine Tiefenbohrung eingebracht werden. Erdkollektoren: Diese werden in etwa 1,20 m bis 1,50 Tiefe verlegt. Dem Boden können (je nach Bodenverhältnisse) 10 bis 25 Watt je Quadratmeter Fläche entzogen werden. Insgesamt benötigt man so ungefähr das ein- bis zweifache der zu beheizenden Wohnfläche. Also für beispielsweise den Berliner Raum, mit tendenziell wenig Gartenfläche und oftmals sandigem Boden, ist diese Variante nur selten realisierbar. Bei der Verlegung von Erdkollektoren benötigen Sie meistens keine wasserrechtliche Genehmigung, sondern es reicht eine einfache Anzeige. Erdsonden: Vertikale (senkrechte) Erdsonden erreichen bis zu 100 m Tiefe. Im tieferen Erdbereich sind kaum Temperaturschwankungen zu verzeichnen, dass insgesamt 30 bis 50 Watt je Meter Tiefe dem Boden entzogen werden können. Sind mehrere Bohrungen erforderlich, so ist ein Mindestabstand von mindestens 6 Metern einzukalkulieren. Ein Rechenbeispiel:

• Bei 50 W/m würde man bei 100 Meter Bohrtiefe  eine Entzugsleistung von 5000 W (= 5 kW) erreichen. Für eine erforderliche Heizleistung von 10 kW bräuchte man schon 2 Bohrungen von jeweils etwa 75 bis 100 Metern Tiefe.

Für diese Bohrungen benötigt man eine wasserrechtliche Genehmigung (von der unteren Wasserbehörde). Auch diese Variante ist beispielsweise im Berliner Raum oftmals nicht möglich, da es hier viele Trinkwasserschutzgebiete gibt und daher die Erdbohrungen untersagt sind. Die Bohrung kostet ca. 40 bis 70 Euro je Bohrmeter. Das bedeutet, dass die Kosten für die Bohrung bei einem Heizwärmebedarf von 10 kW etwa bei 8.000 bis 14.000 Euro liegen würden (bei 50 W/m Entzugsleistung).  Als Qualitätsstandard gibt es eine DVGW-Zertifizierung (Deutscher Verein des Gas- und Wasserfachs) nach Arbeitsblatt W120 für ausführende Bohrfirmen. Die Gesamt-Investitionskosten sind insgesamt stark von den erforderlich Erd- bzw. Bohrarbeiten abhängig, also eigentlich auch vom vorhandenen Heizwärmebedarf des Wohngebäudes. Weitere Kosten sind hinzuzurechnen für den Pufferspeicher, natürlich für die Erdwärmepumpe selbst, die gesamte Installation und ggf. noch für die Umstellung auf Fußbodenheizung. Insgesamt können die Kosten schnell auf 25.000 Euro und auch deutlich darüber anwachsen. Die Anlagen sind daher etwa zwei- bis dreimal so teuer im Vergleich zu klassischer Brennwerttechnik (Öl- oder Gasheizung). Es lohnt sich vor Beginn der Investition die aktuellen Testergebnisse der Stiftung Warentest zur Erdwärmepumpe zu studieren. Wie (fast) alle Heizungsanlagen, ist auch bei der Erdwärmepumpe mit einer mittleren Lebensdauer von 15 bis 20 Jahre anzusetzen. Die Sonden haben eine Lebensdauer von 40 Jahren (und länger). Die Verbrauchskosten sind abhängig vom aktuellen Wärmepumpentarif des regionalen Versorgers. Derzeit liegen die Preise zwischen etwa 20 und 25 Cent pro Kilowattstunde. Beispiel Vattenfall:

• Hier liegt der Grundpreis bei 5,90 Euro pro Monat und der Verbrauchspreis bei 22,86 Cent/kWh.
  

Hat man real ein Verhältnis von beispielsweise 1:3, das heißt dass aus einer Kilowattstunde Strom drei Kilowattstunden Wärme erzeugt werden, so würde der Preis für eine Kilowattstunde Wärme zwischen 6 und 9 Cent liegen. Im Vergleich hierzu liegen Gas und Öl zwischen 5 und 8 Cent/kWh. Die Verbrauchskosten würden sich somit kaum von den Verbrauchskosten für Gas oder Öl unterscheiden. Würde jedoch der elektrische Heizstab die Hauptarbeit verrichten, so sinkt die tatsächliche JAZ gegen 1 und die Verbrauchskosten gegen über Öl oder Gas würden sich nahezu verdoppeln. Letzteres sollte hier nur als Rechenbeispiel dienen. Eine realistische JAZ für die Erdwärmepumpe ist den Feldstudien (siehe oben) zu entnehmen. Separate Wärmemengenzähler und Stromzähler, die unbedingt bei Wärmepumpenbetrieb zu empfehlen sind, lassen Rückschlüsse auf die tatsächliche Jahresarbeitszahl zu. Und zum Schluss noch etwas Nachdenkliches zum Thema ” Erdwärmepumpe “: Was ist, wenn die Sonden nach vielen Jahren doch nicht mehr dicht sein sollten und die in den Sonden zirkulierende Flüssigkeit in den Boden dringt …?

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