Nachrichten vom Heizprofi zum Thema wassergeführte Erdsondenheizungen

Unsere Erde ist ein grosser Wärmespeicher. Mit Erdwärme – oder Geothermie – wird die Wärmeenergie bezeichnet, die unter der Erdoberfläche vorhanden ist. Diese Erdwärme kann mit Hilfe einer Wärmepumpe gewonnen und auf Wohlfühltemperatur gebracht werden. Je nach gebohrter Tiefe liegt die Erdtemperatur zwischen 0 bis 15 °C. An der Oberfläche überträgt ein strombetriebener Kompressor die gewonnene Wärme ins Heizwasser, so dass es sich für Heizzwecke oder die Ladung eines Boilers eignet. Um die oberflächennahe Geothermie zu gewinnen und mit einer Wärmepumpe zu nutzen, gibt es verschiedene Systeme: Erdkollektor oder Erdsonde. Fischer Wärmetechnik hat vor Kurzem am Unternehmensstandort eine neue Erdwärmesonde installiert. Aussergewöhnlich: Die Anlage wird nicht mit Glykol betrieben, sondern mit reinem Wasser – das ist doppelt umweltfreundlich.

Wassergefüllte Erdwärmesonden sind effizienter

Ein Grossteil der in der Schweiz gebohrten Erdwärmesonden operieren mit einem Glykol/Wasser-Gemisch. Das Frostschutzmittel Glykol verhindert hierbei, dass die Füllflüssigkeit bei ungünstigen Betriebsverhältnissen in den Sonden oder in der Wärmepumpe gefrieren könnte – beispielsweise beim Ausfall der Zirkulationspumpe der Erdsonde, oder bei einer zu knapp bemessene Erdsonde. Diese Vereisung wird nicht durch die natürliche Temperatur im Boden hervorgerufen, sondern durch den jahrelangen Wärmeentzug durch Erdwärmesonden. Dadurch kühlt sich der Boden ab. So besteht die Gefahr, dass an besonders kalten Tagen Wasser ohne Frostschutzmittel, nach dem Wärmeentzug durch die Wärmepumpe, gefriert und die Soleleitung bricht. Heutzutage sind bei Erdsonden, durch den technischen Fortschritt und leistungsfähigere Bohrgeräte, Bohrtiefen von 200-300 Metern unter guten Bedingungen bereits Standard. In den so erreichten Tiefen ist der Boden wärmer als in den Schichten darüber. Die in den Erdwärmesonden zirkulierende Flüssigkeit erreicht deshalb höhere Temperaturen. Das steigert nicht nur die Effizienz der Erdsonden-Wärmepumpe, sondern ermöglicht bei sorgfältiger Planung auch einen Betrieb der Erdwärmesonden mit Wasser – also den Verzicht auf Frostschutzmittel. Dadurch spart man sich nicht nur das Frostschutzmittel. Auch die Wärmepumpe wird in Kombination mit einer wassergefüllten Erdwärmesonde noch einmal effizienter. Der Grund: Reines Wasser verfügt über bessere thermische Eigenschaften als ein Glykol/Wasser-Gemisch. Die folgende Liste gibt Aufschluss über Vor- und Nachteile, die eine, mit Wasser gefüllte und tiefe, Erdwärmesonde aufweist:

Vor- und Nachteile wassergefüllter Erdsonden

Restrisiko von Einfrierung der Sonde (wird aber durch einen temperaturgeregelten Funktionsstop der Wärmepumpe verhindert, der in der verbauten Wärmepumpe unbedingt enthalten sein muss)
Erhöhte Investitionskosten durch tiefere oder mehrere Bohrlöcher
Verbesserte Ökobilanz (Wasser ist ökologischer als die sonst benötigten Frostschutzmittel; höhere Effizienz im Betrieb)
Bauherr kann die Erdsonde selber nachfüllen
Kein Frostschutzmittel nötig (Wasser ist billiger)
Wasser hat eine kleinere Viskosität als Frostschutzmittel – die Zirkulationspumpe der Erdsonde braucht weniger Energie
Effizienzsteigerung durch erhöhte Wärmekapazität von Wasser und höhere extrahierbare Temperaturen durch die tiefere Sonde

Neue Erdsonde und Solaranlage in Zahlen

«Vorleben macht mehr Sinn als Vorschreiben.» Dieses Zitat von Franz Schmidberger, einem deutschen Publizisten, haben wir uns zu Herzen genommen. Wir heizen unseren Firmensitz, inklusive Mietwohnungen, mit einer Erdsondenheizung, unter anderem mit Solarstrom vom eigenen Dach betrieben.

Vorteile/Nachteile Erdsonde mit Wasserbetrieb – im Vergleich zum bisherigen System (Luft-Wärmepumpe)

höhere Effizienz und bessere Jahresarbeitszahl = 30–40 % weniger Heizkosten
Die Wärmepumpe kann, aufgrund der höheren Leistung mit reinem Wasserbetrieb, kleiner und für Solarstromnutzung effizienter gewählt werden
Weniger Pumpenstrom, da reiner Betrieb mit Wasser
Kein Frostschutz im Boden – keine Kosten für Frostschutzmittel; keine Gewässerverunreinigung bei Austritt
Die Erdsonde muss mit Wasserbetrieb mindestens 30 % länger sein als mit Glykolgemisch (das bedeutet aber einen teureren Preis)
Sicherheitseinrichtung bei der Wärmepumpe, um in Sekundenschnelle abzustellen, wenn kein Durchfluss in der Sonde ist, um ein Einfrieren zu verhindern. Dies ist der Hauptgrund, wieso nicht mehr Anlagen dieser Art gebaut werden.

Daten Photovoltaikanlage

Grösse: 21 kWp, im Moment ohne Batteriespeicher
Stromnutzung für 2 Wohnungen OG + 2. OG
Stromnutzung für Büro EG
Stromnutzung der Wärmepumpe
Stromnutzung für drei Elektroautos; fast zu 100 % von Strom aus der Photovoltaikanlage (von April bis September)

Daten Erdsonde

Inverter-Wärmepumpe: 18 kW; kommuniziert mit den Verbrauchern von Heizwärme und Warmwasser
Erdsondenbohrungen: Drei Bohrungen zu je 200 m Tiefe
Bauzeit: 2 Wochen

Investitionen und Einsparungen
Die Kosten für Erdsonde und Installationen betragen CHF 88’000, für die Photovoltaikanlage CHF 50’000. Der bestehende Speicher und der Boiler konnten wieder verwendete werden. Der Strom vom eigenen Dach bedeutet für uns: Jährliche Einsparung durch die solare Ladung der Autos von rund CHF 3000; Rückvergütung vom Elektrizitätswerk von rund CHF 950; Einnahmen durch Stromverkauf an die Mieter von rund CHF 700; Minderverbrauch an Strom für die neue Wärmepumpe durch Eigenverbrauch und
Effizienzsteigerung von rund CHF 900.
Fazit: Kurzfristig sind die Investitionen für die Kombination Erdsonde und Photovoltaik höher, langfristig zahlt es sich jedoch aus.

Hier können Sie sich Bilder von Bohrung und Installation der Erdsonde ansehen: