Aufbau einer Erdwärmeanlage

In meinem Artikel „Erdwärmeheizung: Verbrauchsbeispiel“ erreichte mich ein Kommentar:

Hallo.

Vielen Dank für deinen informativen Blog, ich finde deine Beiträge sehr gelungen. Wir wollen 2016 ebenfalls bauen, ein KFW 70 Haus mit Erwärmeheizung. Nun rät uns unser Fachplaner aber plötzlich zu einem bivalenten Heizbetrieb mit Nano-Bhkw oder Gastherme aufgrund seiner Meinung nach enormen Stromkosten für Warmwasserbereitung. Wie habt ihr das gelöst, heizt ihr noch zu oder verlasst ihr euch einzig auf die Wärmepumpe und deren Heizstab?

Um ehrlich zu sein, ich war ein wenig geschockt. Nicht vom Kommentar, sondern von der offenbaren Unsicherheit die sein Fachplaner da verbreitet hat.

Nehmen wir das Thema mal ausseinander:

Nun rät uns unser Fachplaner aber plötzlich zu einem bivalenten Heizbetrieb mit Nano-Bhkw oder Gastherme aufgrund seiner Meinung nach enormen Stromkosten für Warmwasserbereitung.

Vielleicht muss man hier ein wenig ausholen. Eine Erdwärmeanlage verwendet meines wissens immer eine Wärmepumpe. D.h. mittels Kompressor bzw. Verdichter wird mit Hilfe von elektrischem Strom eine Flüssigkeit von einer schon vorhandenen Temperaturniveau X auf eine höhere Temperatur X+Y gebracht, davon wird ein gewisser Teil für die Warmwasserbereitung/Heizung abgegeben und was noch übrig bleibt wird quasi vorne wieder reingesteckt. Damit schaukelt sich der Kreislauf Stück für Stück auf die Temperaturen die man zur Warmwasserbereitung und Heizung braucht.

Je höher X angesiedelt ist, desto weniger muss sich die Wärmepumpe bemühen um auf brauchbare, höhere Temperaturen zu kommen.

Der klassische Fall einer Wärmepumpe ist die sogenannte Luftwärmepumpe. Vereinfacht gesagt entspricht das eben genannte X der Außentemperatur. Was wenn es draußen jetzt Temperaturen unter 0°C hat? Dann muss die Wärmepumpe schon mehr kämpfen als sie es bei sommerlichen 20°C tun muss.

Moderne Luft-Wärmepumpen können, so die Hersteller, auch bei kleineren Minusgraden noch ohne Elektrozusatzheizung („Heizstab“) betrieben werden. Allerdings unter Einsatz eines vermutlich noch höheren Drucks im System und sicherlich auch mehr Stromeinsatz. Kurzum: Je niedriger die Außentemperatur, desto weniger gut kann die Luft-Wärmepumpe arbeiten. Und je mehr Wärme benötigt wird, desto niedriger ist die Temperatur die in den Wärmepumpenkreislauf zurück gegeben wird. Das kann so weit gehen, dass die Anlage droht einzufrieden. Die Wärmepumpe kann dem aber entgegen wirken, indem sie den Kreislauf entweder mit einem Heizstab unterstützt, oder den Kreislauf zum „auftauen“ der Anlage kurzzeitig umkehrt. Beides kostet zusätzlich Strom.

Vor einiger Zeit war die Faustregel für die Effizienz etwa so: Eine Luft-Wärmepumpe kann aus 1kWh Strom ca 3..3,5kWh Wärme machen. Faktor 1:3 bis 1:3,5 also. Je kälter es ist, desto niedriger fällt dieser Faktor aus.

Kommen wir nun zur Sole/Erdwärme-Wärmepumpe. Hier wird die Temperatur X nicht aus der Außenluft gewonnen, sondern aus dem Erdreich gewonnen.

Je höher die benötigte Leistung, desto tiefer bzw. desto mehr Sondenbohrungen müssen gemacht werden. Man spricht von pi*Daumen 50..55W im Schnitt pro Meter Bohrung, je nach geologie des Untergrunds.

Hier mal eine aktuelle Grafik die den Sole-Vorlauf und Sole-Rücklauf einer realen Erdwärmeanlage (2x160m Sondenbohrung) während des eingeschalteten Verdichters (die Wärmepumpe) zeigt:
sole-wp-vl-rl

Wenn der Verdichter einschaltet entzieht die Heizung dem Kreislauf Wärme, weswegen die Temperatur am Soleneintritt auf knapp 5°C sinkt. Das heisst 5°C werden in 160m tiefe gepumpt. Der geschlossene Sondenkreislauf fördert aber zum selben Zeitpunkt 9,8°C zutage. Zusammen mit der Außentemperatur heisst das:

Trotz nur 3,6°C Außentemperatur und „gewinnen“ wir mit dieser Anlage ein Delta von 4,8° Kelvin, und das VOR dem Verdichter. „Wie, VOR dem Verdichter?“. Allein durch Umwälzen durch die Tiefenbohrung gewinnen wir 4,8°C.

Der Verdichter bekommt also an seinem Eingang 9,8°C „serviert“. Und das bei einer Außentemperatur von 3,6°C.

Eine Luftwärmepumpe bekäme da… Ja was denn? Richtig. 3,6°C.

Die Erdwärmepumpe ist also 6,2°Kelvin besser dran als die Luftwärmepumpe. Und je kälter es draußen wird, desto besser steht die Solewärmepumpe da. Während die Luftwärmepumpe dann mit vielleicht -5°C oder noch kälter zu kämpfen hat, kann sich die Erdwärmepumpe bequem auf eine recht stabile Temperatur verlassen.

Man sagt so als Faustregel: Erdwärmepumpen machen aus 1kWh Strom ca. 4 bis max. 5kWh Wärme. Also Faktor 1:4 bis 1:5. Wir erinnern uns: Luftwärmepumpe im Idealfall 1:3,5.

Hinweis: Ich beziehe mich bei meinen „Faktor“ Angaben übrigens nicht auf den COB-Wert der Wärmepumpe selbst, sondern auf das Gesamtsystem inklusive aller Zusatzaggregate, Pumpen und sonstiger Verbraucher. Denn nur das zählt im Endeffekt auf der Stromrechnung.

Man darf jetzt aber nicht an den knapp 10°C die da aus dem Erdreich kommen festhalten. Wird es draußen kälter, steigt auch der Wärmebedarf der Heizung. Es muss mehr und öfter/länger geheizt werden. Damit entzieht man dem Erdreich wärme. Der Bereich um die Sonde – vereinfacht gesagt – kühlt etwas aus. Der Wärmegewinn durch das Erdreich sinkt. ABER das was die Erdwärmepumpe an ihrem Eingang erreicht, ist nach unseren Erfahrungen (und der meiner Eltern de auch eine Erdwärmepumpe besitzen) immer gut über 0°C (3°C am Eingang der Wärmepumpe war glaube ich bis jetzt das niedrigste gemessene von uns). Auch wenn es draußen -20°C hat. Da friert nichts ein und da muss auch nichts aufgetaut werden.

Das beste aber ist: Das Delte-T, also die Temperaturdifferenz zwischen Soleeingang und Soleausgang ist Sommer wie Winter stabil. Die Absoluten Ein- und Ausgangstemperaturen variieren zwar, aber die oben erwähnten 4..5°C gewinnt man Sommer wie Winter. Ein weiterer Unterschied zur Luftwärmepumpe: Da gewinnt man im Sommer viel, und im Winter weniger.

Kurzum: Eine Erdwärmepumpe hat es einfacher als eine Luftwärmepumpe. Aber zurück zu den Bedenken des Fachplaners bzgl. der Warmwasserbereitung:

Eine Standard Erdwärmepumpe ist ausgelegt auf eine maximale Temperatur von knapp 60°C. Moderne Häuser haben keine Heizkörper mehr die mit 80°C betrieben werden. Hier kommt für gewöhnlich eine Fußbodenheizung zum Einsatz. Und die braucht in einem modernen Haus keine 35°C Vorlauftemperatur. Die Wärmepumpe kann da also nur müde lächeln.

Und die Warmwasserbereitung? Bei uns ist die Heizung auf 49°C Warmwasser eingestellt. D.h. unser Warmwasserspeicher wird auf 49°C angefüllt. Das reicht noch locker um das Spülwasser so heiß einzustellen dass man sich die Finger verbrüht. Wenn gerade zweimal hintereinander die Dusche lief und das letzte Nachheizen schon ein wenig her ist, dann kann es auch mal vorkommen, dass nur noch 45°C aus dem Hahn laufen. Zum Duschen immer noch ausreichend heiß und zum Spülen auch noch okay. Wen das zu Kalt wird, der stellt sein Warmwasser nicht auf 49°C sondern auf 55°C oder so. Das packt die Wärmepumpe auch noch (ohne Zusatzheizung), kostet allerdings mehr und wie ich finde, unnötig Energie.

Enorme Stromkosten sind bei einem Faktor von 1:4 nicht zu befürchten. Ja, es ist richtig dass solche Anlagen einen, bzw. zwei Heizstäbe haben die richtig fett Strom ziehen können. Wir haben selbst zwei solcher Brummer bei uns installiert. Einen im Warmwasserspeicher und einen im Heizungspuffer. Aber da die Wärmepumpe immer mit Eingangsseitigen Temperaturen von >0°C nie in Stress Gerät und für bis zu 60°C an ihrem „Heizausgang“ ausgelegt ist, kommt die Anlage eigentlich nicht in Bedrängnis und muss auch nicht mit den Heizstäben „nachhelfen“.

Ist jedoch die Wärmepumpe oder die Bohrung zu klein ausgelegt (bzw. passt der Energiebedarf nicht zur Auslegung der Erdwärmeanlage), so läuft die Wärmepumpe an ihre Grenzen und man muss mit den Heistäben nachheizen. Bei uns war das exakt 1x der Fall. Die Kritiker sagen jetzt sicher „Ich wusste es… da kommt noch ein ABER …“. Falsch. Das eine mal als einer der beiden Heizstäbe lief, warm bei der Aufheizphase unseres frisch verlegten Estrichs. Der Estrichbauer verordnete einen Vorlauftemperaturanstieg von 5° Kelvin pro Tag. Nach wenigen Tagen waren wir bei 55°C Vorlauftemperatur in der Fußbodenheizung angelangt. Die Raumtemperatur lag bei >=40°C und man konnte selbst mit guten Schuhen nur wenige Minuten auf dem Boden stehen. Es war tropisch heiß.

Die Wärmepumpe lief da quasi am Anschlag, und zwar mehrere Tage am Stück. Das Erdreich ist recht gut ausgekühlt (etwa 3°C kamen noch aus den Sonden zurück) und es musste tatsächlich exakt 31h lang mit dem Heizstab nachgeheizt werden.

Seit dem, steht der Betriebsstundenzähler der Heizstäbe unverändert auf 31h.

Kurzum: Wir brauchen die nicht. Gleiches Spiel im übrigen bei der Anlage meiner Eltern.

„Enorme Stromkosten für die Warmwasserbereitung“ sind weder bei uns, noch bei meinen Eltern zu sehen. Weiter besteht absolut kein Bedarf für eine bivalente Installation. Die Wärmepumpe schüttelt das locker aus dem Ärmel.

Bei Luftwärmepumpen sieht die Sache ggf. anders aus: Hier kann es so kalt werden, dass die Luftwärmepumpe nichts mehr als der Außenluft gewinnen kann. Und hier muss dann der Heizstab her halten. Für diese Zeitabschnitte liegt der Faktor bei 1:1. Währenddessen arbeitet die Erdwärmepumpe unverändert mit einem Faktor von 1:4 weiter.

Zurück zum Fachplaner: Wenn ein Fachplaner bei einer Erdwärmeanlage (die bedingt durch die Bohrung sowieso schon pi*Daumen 10k EUR über den Kosten einer Luftwärmeanlagel liegt) zu einem Bivalenten Betrieb rät und Nano-BHKW oder eine Gastherme oder sonstwas noch einplant, dann hat er – meiner Meinung nach – den Schuss nicht gehört… Ich geb doch keine 10kEUR zusätzlich aus um besser als eine Luftwärmepumpe da zu stehen um dann nochmal xx tausend Euro in die Hand zu nehmen um einen bivalenten Betrieb zu sichern, der total unnütz ist?

Mir erscheint der Fachplaner weder kompetent noch vertraut mit Erdwärmeanlage für Einfamilienhäuser. Ich würde in so einem Fall auf jeden Fall eine zweite Meinung einholen.

Im übrigen gibt es auch Energieberater die sich irgendwie in eine Technologie verrennen. Guckst du hier: „Das leidige Thema Heizungstechnik“

Bald wohnen wir ein ganzes Jahr in unserem Eigenheim. Dann werde ich mal eine Kostenaufschlüsselung online stellen. Dann kann der unentschlossene sich noch ein wenig weiter mit dem Thema beschäftigen.

2 Gedanken zu „Aufbau einer Erdwärmeanlage

  1. Hallo,
    ich habe hier auf Deiner Seite mal quer gelesen!
    Vorallem hat mich interessiert, wie sich eine Tiefenbohrung in Deinem hochwärmegedämmten Haus mit KWL und WRG rechnet.
    Übrigens ist der Faktor für Strom als Primärenergieträger nach der neuesten Fassung ENEV nun 1,3.
    Das dürfte Dein Haus nun dem Eff40 sehr nahe bringen.
    Es ist bei der Auswahl des Heizsystemes immer auch die Art der Architektur, also das A-V Verhältnis und auch die Raumhöhe zu beachten. Auch die Nutzungsgewohnheiten (Raumtemperatur) sind sehr unterschiedlich.
    Bei dem ehrbaren Spargedanken muss auch die Investition und die entsprechenden Wartungskosten für viel Technik ehrlich gerechnet werden.
    Mein Denkansatz bei unserem Haus war ein anderer.
    Dichte gut isolierte Gebäudehülle, KWL mit WRG gleich mit Kleinwärmepumpe integriert. Als Unterstützung habe ich einen Sole-Erdwärmekorb mit Wärmetauscher im Ansaugstutzen der KWL integriert.
    Dieser schafft ca. 10 Kelvin Temperaturunterschied im Winter und auch im Sommer! Oft wird der sommerliche Wärmeschutz missachtet.
    So erreiche ich 23°C ganzjährig im Haus mit sehr geringen Toleranzen (2K).
    Ist es im Winter arschkalt, wie vor 2 Wochen, bringt unser Kaminofen Gemütlichkeit und die Toleranzwerte nach oben.
    Mit meiner PV-Anlage erzeuge ich ca 160% des gesamten Elektroenergiebedarfes meines Hauses und komme so finanziell auf eine schwarze Null oder etwas besser.
    Mein Haus hat eine extrem ungünstige Ausrichtung und als Bugalow auch noch ein mieses A-V Verhältnis.
    Die Mehrinvestition für Erdwärmekorb, Kamin und Schornstein betragen ca. 10k €.
    Schornsteinfeger, Holz und Filter für die KWL zusammen ca. 200€ im Jahr.
    Da kann der einkommensschwache Ruhestand gern kommen.
    Ich wollte hier nur andeuten, dass es ein paar sinnvolle Wege gibt, gesundes Wohnraumklima zu ermöglichen.
    Nicht überall sind Tiefenbohrungen zulässig!
    Im Übrigen mögen meine Frau und ich Fußbodenheizung nur im Bad.
    Also haben wir auch kein wassergeführtes Heizsystem.
    Unser Bungalow hat mit ausgebautem Dachgeschoss 180qm Wohnfläche und 256qm Nutzfläche (Garage isoliert und frostfrei beheizt wegen Pflanzenlagerung).
    Bauweise Holzständerbau (Iso+ Wand, SchwörerHaus) mit Putzfassade im EG und Holzfassade im DG. Dachüberstand rundherum 1m, so wenig Verschmutzung und Wartungsaufwand (außer Spinnenweben).

    Viele Grüße aus Thüringen
    Detlef Schober

    • Hallo Detlef,

      Vorallem hat mich interessiert, wie sich eine Tiefenbohrung in Deinem hochwärmegedämmten Haus mit KWL und WRG rechnet.

      Da scheiden sich die Geister … Es gibt Hochrechnungen ggü. reinen Luftwärmepumpen die eine Amortiesierung ggü. Luft-WP nach rund 90 Jahren attestieren. Allerdings gehen die von einem gleichbleibenden Strompreis aus.

      Der Grund für die Entscheidung „Pro Sole“ war: Strompreise steigen und steigen. Schaut man sich die Preiskurve der letzten 40 jahre an, so gab es zwar Schwankeungen, aber sie sind immer gestiegen. Bei der Luft-WP war mir einfach der Strombedarf zu hoch.
      Ob und wann sich die Sole ggü. Luft rechnen wird kann ich dir nicht sagen. Aber mein Bauchgefühl sagt mir, dass ich versuchen sollte jedes unnötige Kilowatt zu vermeiden. Also Sole-WP. Die macht einfach mehr warm für weniger kWh Strom.

      Ein Freund von mir hat eine Lüftungsanlage mit integrierter Luft-WP. Er heizt somit rein über die Luft. Für uns als „Fußbodenheizung gewohnte“ war das keine Option. Gespart hätten wir mit der Variante ca. 8k EUR. Aber auch er hat einen Holzofen installieren lassen. Die Ersparnis ist also wieder hinfällig.

      Viele meiner Bekannten haben auf Luft-WP gesetzt und zusätzlich noch einen Kamin als „AddOn“ oben drauf kalkuliert (damit man wenn es draußen bitterkalt ist nicht mit der 1kWh Strom = 1kWh Wärme den Strom verheizen muss).
      Doch Ofen und Kamin etc. haben da mit rund 10k EUR zugeschlagen. Das ist in etwa die Differenz zur Erdwärmeanlage (Bohrung rund 12k, dafür Sole-WP rund 2k günstiger als Luft-WP. In Summe also rund 10k Differenz). Aber wieso versuchen ein Defizit der Luft-WP mit einem Holzofen auszugleichen, wenn ich damit unter’m Strich so teuer bin wie mit einer Sole-WP?

      Einen Holzofen zu haben ist zwar ganz nett. Aber ich bin nicht der Mensch der „im Wald Holz machen geht“ und auch nicht der, der sich das Holz fertig einkauft und dann irgendwo einlagert und im Winter in den Schnee hinaus stapft um Holz zu holen. So schön ein Ofen auch wäre: Zu viel Stress mit dem Holz, laufende Kosten für Schornsteinfeger etc… Brauch ich alles nicht. Und: Der darf auch nicht beliebig Groß sein. Im hochisolierten wird es sonst zu schnell zu warm.

      Bzgl. Wartung und „viel Technik“: Wir haben keine vollintegrierte Heizungsanlage (alles in einem großen Kasten, fix und fertig verbaut), sondern alles Einzelkomponenten. Eine Umwälzpumpe kann ich selbst wechseln. Ist in 5min erledigt (ok, weitere 45min für die Fahrt zum Baumarkt für den Kauf der Pumpe nicht mit eingerechnet).
      Die Wärmepumpe an sich ist „wartungsfrei“. Da muss man nix dran drehen, nix wechseln. Wenn doch mal etwas kaputt geht kann ich’s entweder selbst machen, oder mit „Standardkomponenten“ vom Fachmann machen lassen. Eine Reparatur eine vollintegrierten Anlage ist teurer (kenn ich von meinen Nachbarn).

      Was wir „versäumt“ haben ist ein Sole-Wärmetauscher für die Lüftungsanlage. Damit ließe sich im Sommer „etwas“ kühlen. So haben wir nur die WRG die der Hitze im Sommer etwas entgegen wirkt und das haus langsamer aufheizen lässt.
      Was wir aber nachrüsten werden (wenn es öfter mal so heiß wird wie im vergangenen Sommer) ist ein Wärmetauscher-Modul für die Sole-Bohrung. Damit können wir dann über die FBH mit dem Strombedarf einer Umwälzpumpe das kühle Erdreich zum kühlen nutzen. Ein weiterer Freund hat genau diese Konstellation. Während es draußen knapp 40°C hatte, war’s drinnen mit 21° angenehm kühl (mir persönlich dann fast schon zu kalt, und deine 23°C Sommer wie Winter wären mir persönlich im Winter zu Warm [wir haben hier 21,5°C eingestellt). Kosten: Rund 3k.

      Alles in allem: Ich bin mit der Sole-WP zufrieden. Ich hab nicht mehr ausgegeben als meine Nachbarn (Neubaugebiet, kein Haus älter als 5 Jahre) und hab die geringstmöglichen Energiekosten (Dank der guten JAZ einer Sole-WP ggü. einer Luft-WP) bei den geringstmöglichen laufenden Kosten (Filter, Wartung etc.).

      Für die Zukunft steht PV auf dem Plan. Das Dach ist mit Leerrohren bis in den Technikraum bereits vorbereitet. Mal schauen wann es soweit ist.

      Laufende Kosten haben wir nur für:

      * KWL-Filter: Ca. 25EUR / Jahr
      * KWL-Strom: Ca. 60EUR / Jahr

      Und die (Heizung inkl. Warmwasser) an sich hat im vergangenen Jahr rund 433EUR Strom (2,5 Personen Haushalt) gekostet. Macht für Heizung und Lüftung zusammen 518EUR. Damit kann ich leben. Auch im Rentenalter (bis dahin hab ich vllt. noch PV auf dem Dach den ich Dank KNX möglichst effizient für Heizung und Lüftung nutzen kann. Dann sind die kosten nochmal niedriger).

      Alles für 175qm Wohnfläche (rund 190qm absolute fläche) auf zwei Ebenen, Zimmermeisterhaus-Holzständerbauweise, 34cm Außenwandstärke mit 28,5cm Holzwolle gedämmt + Klinkerfassade mit 4cm Hinterlüftung. Dach Ost+West Ausrichtung, 50..80cm Dachüberstand und 31cm Stärke mit 28cm Holzfasereinblasdämmung. Garage ist ebenfalls gedämmt, aber nicht beheizt. Reicht dennoch aus um Pflanzen zu überwintern.

      Würde es jeder Zeit wieder so tun. Und jeder muss das für sich passende System finden. Die Eierlegende Wollmilchsau für alle gibt es nicht.

      P.S. Der Faktor „pf“ für die Primärenergie liegt mit EnEV2014 nicht bei 1.3, sondern rutsch von ursprünglichen 2.6 auf 1.8. Siehe: http://www.bdh-koeln.de/fileadmin/user_upload/Publikationen/Die_EnEV_2014.pdf

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