Erdwärmepumpe

Unter einer Erdwärmepumpe versteht man eine Maschine, welche die Umkehrung des Wärme-Kraft-Prozesses zur Erzeugung von Energie nutzt. Die thermische Energie aus der Erde nimmt die Maschine auf und wandelt sie teilweise in mechanische Nutzarbeit um.

Die Restenergie geht in Form von Abwärme bei niedrigerer Temperatur an die Umgebung beziehungsweise als Nutzwärme an die Raumheizung. In einigen Ländern wie etwa in Schweden ist die Erdwärmepumpe längst eine etablierte Form der Energiegewinnung. In Deutschland wächst langsam die Nachfrage nach dieser Alternative zu herkömmlichen Heizsystemen.

Arten von Erdwärmepumpen

Eine Erdwärmepumpe kann dem Erdreich die benötigte Wärme durch Erdwärmekollektoren entnehmen oder durch Erdwärmesonden. Diese Sonden sind in der Anschaffung zwar wesentlich teurer, erzielen durch die 40 bis 99 Meter tiefen Bohrungen allerdings ganzjährig konstante Leistungen. Erdkollektoren funktionieren über etwa 20 Zentimenter unter der Frostgrenze verlegte Heizschlangen. Für die Installation müssen jedoch gewisse Voraussetzungen erfüllt sein, wie etwa ausreichend Platz für Erdwärmekollektoren, ein passender Grundwasserspiegel und Genehmigungen der Bohrungen für Erdwärmesonden.

Wärmequelle

Unter Erdwärme versteht man die im zugänglichen Teil der Erdkruste gespeicherte Wärme oder thermische Energie. Diese Wärme kann aus dem Erdinneren stammen oder durch Niederschläge oder Schmelze entstehen. Diese Form der Energiegewinnung zählt zu den regenerativen Energien. Erdwärme lässt sich zum Heizen, zum Kühlen, zur Erzeugung von elektrischem Strom oder in kombinierter Kraft-Wärme-Kopplung nutzen. Wasser- oder Erdwärmepumpen arbeiten meist effizienter als Luftwärmepumpen. In Deutschland gibt es viele Fördermittel für den Einbau und die Nutzung alternativer Energiequellen. Neben den ökologischen gibt es auch finanzielle Vorteile, da der Einbau einer Erdwärmepumpe den Wert der Immobilie erhöht.

Technisches Prinzip

Das Erdreich speichert die Energie der Sonne, welche auf die Erde trifft, sowohl die direkte Sonneneinstrahlung als auch die aus Luft oder Regen aufgenommene Wärme. Eine Erdwärmepumpe bezieht diese thermische Energie aus dem Erdreich und lässt ein Kältemittel verdampfen. Unter Druck kondensiert der Dampf und gibt dabei wiederum Wärme ab, welche die Pumpe an die Heizkörper verteilt. Als Arbeitsmedium dient in der Regel ein umweltfreundliches Kältemittel wie Propan oder Ammoniak. Der Prozess läuft über zugeführte elektrische Energie und bringt die thermische Energie aus der Erdkruste auf ein höheres, für Heizzwecke nutzbares Temperaturniveau. Dies geschieht bereits bei relativ niedrigen Temperaturen: Unterhalb der Frostgrenze, in Deutschland bei einer Bodentiefe von 0,80 bis 1,50 Metern, liegen die Temperaturen das ganze Jahr über konstant zwischen 7 und 12 Grad. Diese thermische Energie reicht bereits aus, um sie durch Verdampfung und Kondensation in der Erdwärmepumpe zum Heizen zu nutzen.

Vorteile

Erdwärmepumpen können eine gute Alternative zur Gasheizung sein, beispielsweise in Häusern mit großen Heizflächen mit einer Fußbodenheizung oder in Neubauten. Den effizienten Betrieb der Wärmepumpe zeigt die sogenannte Leistungszahl an. Hier ermittelt man das angestrebte Verhältnis zwischen aufgenommener elektrischer Energie für den Betrieb der Wärmepumpe und der abgegebenen Wärme. Eine weitere wichtige Kennzahl ist die Jahresarbeitszahl, welche sich im laufenden Betrieb ergibt. Es gibt auch die Möglichkeit einer sogenannten Hybridheizung, welche Wärmepumpe und Brennkessel zum Vorheizen kombiniert. Der Vorteil dabei ist, dass alle Komponenten aufeinander abgestimmt sind.