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Erdsonde Wärmepumpe: Funktion, Kosten und Effizienz im Vergleich
Die Erdsonde Wärmepumpe (Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Tiefensonden) nutzt konstante Erdwärme aus 50 bis 150 Meter Tiefe zwischen 8 und 12 Grad Celsius zur hocheffizienten Gebäudebeheizung mit Jahresarbeitszahlen zwischen 4,0 und 4,8. Das System verbindet vertikale Erdwärmesonden als Wärmequelle mit Sole-Wasser-Wärmepumpe zur Temperatur-Anhebung auf 30 bis 55 Grad Celsius Vorlauftemperatur für Heizung und Warmwasser.
Die Gesamtinvestition liegt zwischen 35.000 und 50.000 Euro für Einfamilienhaus inklusive Bohrungen, Erdwärmesonden, Wärmepumpe und Installation. Die BEG-Förderung gewährt 30 bis 35 Prozent Zuschuss oder 10.500 bis 17.500 Euro. Die höhere Effizienz gegenüber Luft-Wasser-Wärmepumpen spart 300 bis 600 Euro Stromkosten jährlich bei Total Cost of Ownership-Vorteil von 8.000 bis 15.000 Euro über 25 Jahre Lebensdauer.
Funktionsprinzip und Systemaufbau
Geschlossener Sole-Kreislauf als Wärmequelle
Die Erdwärmesonden bilden geschlossenen Kreislauf aus Polyethylen-Rohren in vertikalen Bohrlöchern von 50 bis 150 Meter Tiefe. Die Sole-Flüssigkeit als Wasser-Frostschutz-Gemisch mit 25 bis 35 Prozent Glykol zirkuliert durch Sonden und nimmt Erdwärme auf. Die Umwälzpumpe befördert erwärmte Sole mit 3 bis 7 Grad Celsius zum Verdampfer der Wärmepumpe. Die abgekühlte Sole mit minus 2 bis 2 Grad Celsius strömt zurück zu Sonden.
Die konstante Erdreich-Temperatur zwischen 8 und 12 Grad Celsius ab 10 bis 15 Meter Tiefe bleibt ganzjährig stabil unabhängig von Außenluft-Schwankungen zwischen minus 20 und plus 35 Grad Celsius. Die stabile Wärmequelle eliminiert Abtauzyklen und Heizstab-Unterstützung bei Frost typisch für Luft-Wasser-Wärmepumpen. Die Sole-Temperatur sinkt im Dauerbetrieb um 3 bis 5 Kelvin zwischen Vorlauf und Rücklauf zur Wärmepumpe bei ausgelegter Entzugsleistung.
Die Wärmequellen-Stabilität minimiert Temperaturhub zwischen Verdampfer und Kondensator der Wärmepumpe auf 25 bis 45 Kelvin statt 35 bis 65 Kelvin bei Luftwärmepumpen im Winter. Der geringere Temperaturhub reduziert Verdichter-Arbeit um 20 bis 40 Prozent und steigert Coefficient of Performance von 3,5 auf 4,5 bis 5,5 bei gleicher Vorlauftemperatur. Die mechanische Belastung sinkt mit längerer Verdichter-Lebensdauer von 50.000 auf 60.000 bis 80.000 Betriebsstunden.
Wärmepumpen-Einheit und Temperatur-Anhebung
Die Sole-Wasser-Wärmepumpe hebt Sole-Temperatur von 0 bis 7 Grad Celsius auf Vorlauftemperatur zwischen 30 und 55 Grad Celsius durch Kältekreislauf mit Verdampfer, Verdichter, Kondensator und Expansionsventil. Der Verdampfer entzieht Sole Wärme und verdampft Kältemittel bei minus 5 bis 5 Grad Celsius. Der Scroll- oder Kolben-Verdichter komprimiert Kältemittel-Dampf auf 50 bis 80 bar und 60 bis 90 Grad Celsius.
Der Kondensator überträgt Wärme auf Heizkreis-Wasser und kondensiert Kältemittel bei 35 bis 60 Grad Celsius. Das Expansionsventil entspannt flüssiges Kältemittel auf Verdampfer-Druck und schließt Kreislauf. Die Leistungszahl COP beschreibt Verhältnis zwischen abgegebener Heizleistung und elektrischer Verdichter-Leistung bei definierten Betriebspunkten wie B0/W35 für 0 Grad Celsius Sole und 35 Grad Celsius Vorlauf.
Moderne Inverter-Wärmepumpen modulieren Verdichter-Drehzahl zwischen 30 und 100 Prozent Nennleistung für angepasste Heizleistung zwischen 3 und 10 Kilowatt bei Einfamilienhaus. Die Modulation reduziert Taktung auf 2 bis 4 Starts pro Stunde statt 8 bis 12 bei On-Off-Betrieb. Die sanfte Regelung stabilisiert Vorlauftemperatur auf plus-minus 1 Kelvin und vermeidet Überschwinger mit Komfort-Gewinn und 5 bis 10 Prozent Effizienz-Steigerung.
Hydraulische Integration im Heizsystem
Die Wärmepumpe speist Heizwärme in Pufferspeicher mit 200 bis 500 Liter Volumen oder direkt in Heizkreise bei Fußbodenheizung ohne Puffer. Der Pufferspeicher entkoppelt Wärmepumpen-Laufzeit von Heizkreis-Anforderung und vermeidet kurze Taktzyklen unter 15 Minuten. Die Mindest-Laufzeit von 10 bis 20 Minuten pro Zyklus optimiert Verdichter-Lebensdauer. Der Warmwasserspeicher mit 200 bis 300 Liter erhält Wärme durch Wärmepumpe oder separaten Durchlauferhitzer.
Die Heizkreis-Pumpe verteilt Wärme zu Fußbodenheizung mit 30 bis 40 Grad Celsius Vorlauf oder Heizkörpern mit 40 bis 55 Grad Celsius. Der hydraulische Abgleich dimensioniert Volumenströme für jeden Raum nach Heizlast. Die Thermostatventile regeln Raumtemperatur auf 19 bis 22 Grad Celsius durch Durchfluss-Anpassung. Die Heizkurve definiert Vorlauftemperatur abhängig von Außentemperatur mit Steigung zwischen 0,4 für Neubauten und 1,4 für Altbauten.
Die Sole-Umwälzpumpe als Hocheffizienz-Modell verbraucht 60 bis 120 Watt elektrisch bei 0,3 bis 0,5 Liter pro Sekunde Volumenstrom. Die Wärmepumpen-Regelung steuert beide Umwälzpumpen synchron mit Verdichter. Die Gesamtsystem-Leistungsaufnahme erreicht 2.500 bis 3.500 Watt bei 10 Kilowatt Heizleistung für Leistungszahl COP 2,9 bis 4,0 abhängig von Betriebspunkt. Die Jahresarbeitszahl JAZ integriert alle Betriebszustände über 12 Monate inklusive Teillast und Warmwasser.
Dimensionierung und Auslegung
Heizlast-Berechnung als Basis
Die Heizlast bestimmt erforderliche Wärmepumpen-Leistung nach DIN EN 12831 aus Transmissions-Verlusten durch Wände, Fenster, Dach und Lüftungs-Verlusten durch Luftwechsel. Typische Heizlasten liegen bei 50 bis 80 Watt pro Quadratmeter für sanierte Altbauten Baujahr 1960 bis 1990 mit Fassadendämmung, 35 bis 50 Watt pro Quadratmeter für Neubauten nach EnEV 2016 und 20 bis 30 Watt pro Quadratmeter für Passivhäuser.
Ein 150-Quadratmeter-Einfamilienhaus mit 50 Watt pro Quadratmeter Heizlast benötigt 7,5 Kilowatt Wärmepumpen-Leistung bei minus 12 Grad Celsius Auslegungstemperatur. Die bivalente Auslegung dimensioniert Wärmepumpe auf 70 bis 80 Prozent Heizlast oder 5,5 bis 6,0 Kilowatt mit Heizstab-Unterstützung für Spitzenlast. Die monovalente Auslegung deckt 100 Prozent Heizlast oder 7,5 bis 8,5 Kilowatt mit Sicherheitsfaktor 1,1 bis 1,2 ohne Zusatzheizung.
Der Jahreswärmebedarf berechnet sich aus Heizlast multipliziert mit Volllaststunden zwischen 1.800 und 2.400 Stunden abhängig von Klimazone und Gebäudestandard. Das 150-Quadratmeter-Haus mit 7,5 Kilowatt Heizlast und 2.000 Volllaststunden verbraucht 15.000 Kilowattstunden Heizwärme plus 3.000 Kilowattstunden Warmwasser gleich 18.000 Kilowattstunden Jahreswärmebedarf. Die Dimensionierung von Wärmepumpe und Erdwärmesonden basiert auf dieser Jahreswärmemenge.
Erdwärmesonden-Länge nach VDI 4640
Die erforderliche Sondenlänge berechnet sich aus Heizlast dividiert durch spezifische Entzugsleistung des Untergrunds nach VDI 4640 Blatt 2. Die Entzugsleistung variiert zwischen 25 Watt pro Meter für trockene Sande und 80 Watt pro Meter für wassergesättigten Kies abhängig von Wärmeleitfähigkeit des Gesteins und Grundwasser-Konvektion. Mittlere Werte liegen bei 45 bis 55 Watt pro Meter für bindige Böden wie Lehm oder Ton und 65 bis 75 Watt pro Meter für Festgestein wie Sandstein oder Kalkstein.
Die Faustregel nutzt 50 Watt pro Meter Durchschnittswert für erste Abschätzung. Das Beispiel-Haus mit 7,5 Kilowatt Heizlast benötigt 150 Meter Gesamtsondenlänge bei 50 Watt pro Meter. Die Aufteilung erfolgt auf zwei Sonden mit 75 Meter für thermische Unabhängigkeit oder drei Sonden mit 50 Meter bei begrenzter Grundstücksfläche. Die Standard-Bohrtiefe liegt bei 80 bis 100 Meter für Einfamilienhäuser mit zwei Sonden.
Der Sondenabstand beträgt minimal 5 bis 6 Meter für thermische Regeneration ohne gegenseitige Beeinflussung. Geringere Abstände reduzieren Entzugsleistung um 10 bis 25 Prozent durch überlagernde Abkühlungszonen. Die Grundstücksfläche benötigt 150 bis 250 Quadratmeter für Zweisonden-Feld mit Reihen-Anordnung. Die präzise Auslegung berücksichtigt Grundwasser-Fließrichtung, Nachbar-Sondenfelder und Betriebsstunden-Profil für langfristig stabile Sole-Temperaturen.
Wärmepumpen-Auswahl und COP-Werte
Die Wärmepumpen-Auswahl orientiert sich an Heizlast, Vorlauftemperatur und COP-Werten bei relevanten Betriebspunkten. Standard-Messpunkte nach EN 14511 sind B0/W35 für 0 Grad Celsius Sole-Eingang und 35 Grad Celsius Wasser-Ausgang, B0/W45 für 45 Grad Celsius und B0/W55 für Hochtemperatur-Betrieb. Hocheffiziente Sole-Wasser-Wärmepumpen erreichen COP 4,8 bis 5,5 bei B0/W35, COP 4,0 bis 4,5 bei B0/W45 und COP 3,2 bis 3,8 bei B0/W55.
Die COP-Degradation pro 10 Kelvin höhere Vorlauftemperatur beträgt 0,8 bis 1,2 Punkte. Eine Wärmepumpe mit COP 5,0 bei 35 Grad Celsius erreicht nur COP 4,0 bei 45 Grad Celsius und COP 3,2 bei 55 Grad Celsius. Die Auslegungs-Vorlauftemperatur bestimmt erzielbare Jahresarbeitszahl fundamental. Neubauten mit Fußbodenheizung und 35 Grad Celsius erreichen JAZ 4,5 bis 5,0. Sanierte Altbauten mit Niedertemperatur-Heizkörpern und 45 Grad Celsius erzielen JAZ 3,8 bis 4,5.
Die SCOP-Werte nach EN 14825 für durchschnittliche Klimazone und 35 Grad Celsius Auslegung liegen bei 5,0 bis 6,0 für Premium-Modelle. Der SCOP überschätzt reale JAZ um 0,5 bis 1,0 Punkte durch idealisierte Randbedingungen. Die Hersteller-Angaben dienen Produkt-Vergleich, nicht Garantie für Praxis-Effizienz. Die gemessene JAZ nach erstem Betriebsjahr durch Wärmemengenzähler und Stromzähler validiert Auslegung und identifiziert Optimierungs-Potenzial.
Jahresarbeitszahl in der Praxis
Realistische JAZ-Werte nach Gebäudetyp
Feldstudien des Fraunhofer ISE mit über 100 vermessenen Sole-Wasser-Wärmepumpen zeigen mittlere Jahresarbeitszahlen von 4,2 mit Bandbreite zwischen 3,6 und 5,2. Neubauten mit Fußbodenheizung und 35 Grad Celsius Vorlauf erreichen JAZ 4,5 bis 5,0. Sanierte Altbauten mit Niedertemperatur-Heizkörpern und 45 Grad Celsius erzielen JAZ 4,0 bis 4,5. Unsanierte Bestandsgebäude mit konventionellen Heizkörpern und 55 Grad Celsius limitieren auf JAZ 3,5 bis 4,0.
Die JAZ-Abhängigkeit von Vorlauftemperatur folgt Faustregel: 10 Kelvin höhere Vorlauftemperatur reduzieren JAZ um 0,5 bis 0,8 Punkte. Eine optimal ausgelegte Anlage mit JAZ 4,8 bei 35 Grad Celsius sinkt auf JAZ 4,0 bei 45 Grad Celsius und JAZ 3,2 bei 55 Grad Celsius. Die Absenkung der maximalen Vorlauftemperatur durch Dämmung und Heizkörper-Vergrößerung steigert JAZ wirksamer als Wärmepumpen-Upgrade. Ein Kelvin VL-Absenkung spart 2,5 bis 3 Prozent Stromkosten jährlich.
Die System-JAZ unterscheidet sich von Erzeuger-JAZ durch Berücksichtigung aller Hilfsaggregate. Die Sole-Umwälzpumpe verbraucht 500 bis 1.000 Kilowattstunden jährlich, Heizkreispumpen 300 bis 600 Kilowattstunden und Regelung 100 bis 200 Kilowattstunden bei 18.000 Kilowattstunden Jahreswärmebedarf. Die Hilfsenergie von 900 bis 1.800 Kilowattstunden senkt System-JAZ um 0,2 bis 0,4 Punkte gegenüber Erzeuger-JAZ. Die Hocheffizienz-Pumpen minimieren Verluste auf 0,1 bis 0,2 Punkte JAZ-Reduktion.
Stabilität gegenüber Luft-Wasser-Wärmepumpen
Die Erdwärmesonden liefern konstante Sole-Temperatur zwischen 0 und 7 Grad Celsius ganzjährig unabhängig von Außenluft zwischen minus 20 und plus 35 Grad Celsius. Die JAZ bleibt stabil zwischen Sommer und Winter mit Schwankungen unter 0,5 Punkte. Luft-Wasser-Wärmepumpen zeigen starke Saisonalität mit JAZ 5,0 bis 6,0 in Übergangsmonaten bei 10 Grad Celsius Außenluft und JAZ 2,5 bis 3,5 im Winter bei minus 10 Grad Celsius.
Die Spitzenlast-Effizienz unterscheidet beide Systeme fundamental. Erdsonden-Wärmepumpen behalten JAZ 4,0 bis 4,5 bei minus 15 Grad Celsius Außentemperatur durch stabile 5 bis 8 Grad Celsius Sole. Luftwärmepumpen sinken auf JAZ 2,2 bis 2,8 bei minus 15 Grad Celsius Außenluft mit häufigen Abtauzyklen und Heizstab-Unterstützung. Die Abtauung verbraucht 8 bis 15 Prozent Jahresenergie in kalten Regionen. Der Heizstab bei Spitzenlast senkt Gesamt-JAZ um 0,3 bis 0,6 Punkte.
Die durchschnittliche Jahres-Differenz erreicht 0,8 bis 1,5 Punkte höhere JAZ für Erdsonden-System bei 4,3 statt 3,2 für Luftwärmepumpe in mitteleuropäischem Klima. Die Effizienz-Überlegenheit steigt in kalten Klimazonen mit langen Frostperioden auf 1,5 bis 2,0 Punkte JAZ-Vorteil. Die höhere JAZ kompensiert höhere Investitionskosten durch 20 bis 35 Prozent niedrigere Stromkosten oder 400 bis 700 Euro jährlich bei 20.000 Kilowattstunden Wärmebedarf.
Kosten und Wirtschaftlichkeit
Investitionskosten im Detail
Die Gesamt-Investition für Erdsonde Wärmepumpe liegt zwischen 35.000 und 50.000 Euro für Einfamilienhaus mit 8 bis 12 Kilowatt Heizleistung. Die Kostenaufteilung zeigt: Erdwärmesonden mit Bohrung 18.000 bis 24.000 Euro für zwei Sonden mit 80 bis 100 Meter, Sole-Wasser-Wärmepumpe 12.000 bis 18.000 Euro für Inverter-Gerät mit natürlichem Kältemittel, Hydraulik-Installation mit Pufferspeicher 3.000 bis 5.000 Euro, Warmwasserspeicher 1.500 bis 2.500 Euro.
Die Bohrkosten dominieren mit 50 bis 70 Prozent der Sondenfeld-Investition bei 50 bis 100 Euro pro Bohrmeter abhängig von Geologie. Weiche Sedimente kosten 50 bis 70 Euro pro Meter, hartes Festgestein 80 bis 120 Euro pro Meter. Die Sonden selbst liegen bei 12 bis 18 Euro pro Meter, Verpressung 5 bis 15 Euro pro Meter, Nebenkosten 2.000 bis 4.000 Euro für Genehmigung, Gutachten, Baustelleneinrichtung pro Projekt.
Die Sole-Wasser-Wärmepumpe kostet 8.000 bis 12.000 Euro für Standard-Modell mit 8 bis 10 Kilowatt und 12.000 bis 18.000 Euro für Premium-Modell mit Inverter, natürlichem Kältemittel R290 oder R1234ze und erweiterten Funktionen wie Kühlung oder Smart Grid Ready. Die Installations-Kosten erreichen 2.000 bis 4.000 Euro für hydraulische Anbindung, elektrischen Anschluss und Inbetriebnahme durch SHK-Fachbetrieb.
BEG-Förderung und Eigenkosten
Die Bundesförderung für effiziente Gebäude gewährt 30 Prozent Basis-Zuschuss für Sole-Wasser-Wärmepumpen im Bestandsbau bei Erfüllung der Mindest-JAZ von 3,8 nach VDI 4650. Der Effizienzbonus von 5 Prozent zusätzlich gilt für natürliche Kältemittel wie R290 oder besonders effiziente Anlagen mit SCOP über 5,5 bei 35 Grad Celsius. Die Gesamt-Förderung erreicht 35 Prozent oder 12.250 bis 17.500 Euro bei Investition von 35.000 bis 50.000 Euro.
Die Eigenkosten nach Förderung betragen 22.750 bis 32.500 Euro. Die Mehrkosten gegenüber Luft-Wasser-Wärmepumpe von 18.000 bis 25.000 Euro nach Förderung liegen bei 7.000 bis 12.000 Euro Differenz. Die zusätzlichen Geschwindigkeits-Boni von 20 Prozent bei Heizungs-Tausch innerhalb Austauschpflicht oder Einkommens-Bonus von 30 Prozent unter 40.000 Euro Jahreseinkommen steigern Förderung auf maximal 70 Prozent begrenzt auf 21.000 Euro.
Die Förder-Antragstellung erfolgt vor Auftrags-Vergabe über BAFA-Portal mit Energie-Effizienz-Experten. Die Bewilligung dauert 6 bis 12 Wochen. Die Auszahlung nach Fertigstellung und Nachweis-Vorlage benötigt weitere 4 bis 8 Wochen. Die Koordination zwischen Genehmigung der Erdwärmebohrung, BAFA-Antrag und Installations-Zeitplan erfordert 8 bis 12 Monate Vorlaufzeit von Planung bis Inbetriebnahme.
Betriebskosten und Amortisation
Die jährlichen Stromkosten berechnen sich aus Jahreswärmebedarf dividiert durch JAZ multipliziert mit Strompreis. Bei 20.000 Kilowattstunden Wärmebedarf, JAZ 4,5 und 28 Cent pro Kilowattstunde Wärmepumpen-Tarif ergeben sich 4.444 Kilowattstunden Stromverbrauch für 1.244 Euro Jahreskosten. Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe mit JAZ 3,2 verbraucht 6.250 Kilowattstunden für 1.750 Euro oder 506 Euro Mehrkosten jährlich.
Die Wartungskosten liegen bei 200 bis 400 Euro jährlich für Sole-Wasser-Wärmepumpe inklusive Filter-Reinigung, Druck-Kontrolle, Solekreis-Prüfung und Funktionstest. Die Erdwärmesonden selbst sind wartungsfrei über 50 bis 100 Jahre Lebensdauer. Die Sole-Füllung mit 15 bis 25 Jahre Haltbarkeit kostet 400 bis 1.000 Euro bei Austausch. Die Umwälzpumpen nach 10 bis 15 Jahren Verschleiß liegen bei 400 bis 700 Euro Ersatz pro Pumpe.
Die Amortisation der Mehrkosten von 10.000 Euro gegenüber Luft-Wasser-System bei 500 Euro Jahres-Ersparnis erreicht 20 Jahre rechnerisch. Die Total Cost of Ownership über 25 Jahre zeigt 35.000 Euro Gesamt-Investition nach Förderung plus 31.100 Euro Betriebskosten gleich 66.100 Euro für Erdsonden-System. Die Luft-Wasser-Alternative kostet 24.000 Euro Investition plus 43.750 Euro Betrieb gleich 67.750 Euro. Der TCO-Vorteil von 1.650 Euro ist gering bei 20 Jahre Amortisation der Mehrkosten.
Die wirtschaftliche Rechtfertigung ergibt sich primär aus nicht-monetären Faktoren: Lärmfreiheit ohne Außengerät, Grundstücks-Limitationen ohne Luftwärmepumpen-Aufstellung, maximale Effizienz-Orientierung für Niedrigstenergie-Gebäude, passive Kühlung im Sommer und 50 bis 100 Jahre Lebensdauer der Erdwärmesonden versus 15 bis 25 Jahre für komplette Luftwärmepumpen-Erneuerung.
Genehmigung und Installation
Wasserrechtliche Erlaubnis nach WHG
Erdwärmebohrungen erfordern wasserrechtliche Genehmigung der Unteren Wasserbehörde nach Wasserhaushaltsgesetz Paragraph 8 und 9. Die Behörde prüft Grundwasserschutz durch Abdichtung verschiedener Aquifere, umweltverträgliche Sole und fachgerechte Verpressung. Die Antragstellung umfasst geologisches Gutachten zur Standorteignung für 750 bis 1.500 Euro, technische Planung nach VDI 4640 und Nachweis qualifizierter Bohrunternehmen.
Die Bearbeitungszeit beträgt 6 bis 16 Wochen abhängig von Behörden-Auslastung und Vollständigkeit der Unterlagen. Die Genehmigungsgebühren liegen bei 250 bis 700 Euro. Die Versagung erfolgt in Wasserschutzgebieten Zone I und II, Heilquellenschutzgebieten, verkarsteten Gesteinen mit Hohlräumen oder ungünstigen hydrogeologischen Verhältnissen. Die Ablehnungsquote variiert regional zwischen 5 Prozent in Norddeutschland und 40 bis 60 Prozent in süddeutschen Karst-Regionen.
Die bergrechtliche Genehmigung nach Bundesberggesetz gilt zusätzlich bei Bohrtiefen über 100 Meter in den meisten Bundesländern. Die Bearbeitungszeit erreicht 8 bis 20 Wochen mit Gebühren von 500 bis 1.500 Euro. Die Bergbehörde fordert qualifizierte Verantwortliche Person für Bohrleitung und erhöhte Dokumentation. Die parallele Beantragung beider Genehmigungen verkürzt Gesamt-Verfahrensdauer auf 10 bis 18 Wochen statt 14 bis 36 Wochen seriell.
Bohrung und Sonden-Installation
Die Bohrarbeiten dauern 2 bis 5 Tage pro Sonde bei 80 bis 100 Meter Tiefe mit LKW-montiertem Rotary-Bohrgerät. Die Tagesleistung liegt bei 25 bis 40 Meter in weichen Sedimenten und 15 bis 25 Meter in hartem Festgestein. Die Baustelleneinrichtung benötigt 4 × 8 Meter befestigte Fläche für Bohrgerät, Spülwasser-Container und Bohrgut-Ablage. Der Zugang für 25-Tonnen-LKW erfordert 3 Meter Breite und 4 Meter Höhe.
Nach Erreichen der Endtiefe erfolgt Einbau der Doppel-U-Rohr-Sonde aus Polyethylen durch Einführung mit Zentrierern alle 2 bis 3 Meter für gleichmäßigen Abstand zur Bohrlochwand. Die Druckprüfung testet Dichtigkeit mit 15 bis 20 bar für 30 Minuten. Die Verpressung pumpt Bentonit-Zement-Suspension oder Thermozement von unten nach oben im Kontraktorverfahren bis Verfüllmaterial an Oberfläche austritt. Die Materialmenge dokumentiert vollständige Füllung ohne Hohlräume.
Die Anbindung ans Gebäude verlegt Sole-Leitungen in 80 bis 100 Zentimeter Tiefe frostsicher zwischen Sondenfeld und Hauseinführung. Die Verteileranlage im Keller oder Technikraum sammelt Vor- und Rückläufe aller Sonden mit Temperaturfühlern, Druckmessern und Entlüftung. Die hydraulische Inbetriebnahme spült System mit Wasser, füllt Sole nach Frostschutz-Berechnung und stellt Volumenströme nach Druck-Vorgaben der Wärmepumpe ein.
Inbetriebnahme und Abnahme
Die Wärmepumpen-Installation verbindet Solekreis, Heizkreis und elektrischen Anschluss durch SHK-Fachbetrieb und Elektriker. Die Sole-Anschlüsse erfolgen an Verdampfer mit Temperaturspreizung 3 bis 5 Kelvin bei Nenn-Volumenstrom. Die Heizkreis-Anbindung lädt Pufferspeicher oder speist direkt in Fußbodenheizung. Der elektrische Anschluss als Stark strom 400 Volt dreiphasig mit 16 bis 25 Ampere Absicherung ermöglicht separaten Wärmepumpen-Stromzähler für Tarif-Nutzung.
Die Inbetriebnahme konfiguriert Heizkurve nach Gebäude-Charakteristik mit Steigung 0,4 bis 1,4 und Niveau-Verschiebung. Die Vorlauftemperatur-Begrenzung setzt Maximum auf 45 bis 55 Grad Celsius. Die Warmwasser-Solltemperatur liegt bei 50 bis 55 Grad Celsius mit Legionellen-Schutz durch wöchentliche Aufheizung auf 60 Grad Celsius für 30 Minuten. Die Smart Grid Funktion aktiviert für variable Stromtarife mit Freigabe-Signal bei niedrigen Preisen.
Die behördliche Abnahme dokumentiert ordnungsgemäße Installation nach VDI 4640 mit Bohrprotokollen, Druckprüf-Berichten, Verfüll-Mengen und Solekreis-Dichtheit. Die Übergabe an Betreiber umfasst Einweisung in Bedienung, Wartungs-Intervalle und Optimierungs-Möglichkeiten. Die erste Heizperiode testet Auslegung mit Messung der Sole-Temperaturen, Vorlauftemperaturen und Stromverbräuche. Die JAZ-Berechnung nach 12 Monaten validiert Prognose und identifiziert Verbesserungs-Potenzial.
Passive Kühlung als Zusatzfunktion
Free Cooling im Sommer
Die Erdwärmesonde mit konstanter Temperatur zwischen 8 und 12 Grad Celsius eignet sich für passive Kühlung oder Free Cooling im Sommer. Die kühle Sole durchströmt Wärmetauscher im Heizkreis oder spezielle Kühl-Deckenelemente und entzieht Räumen Wärme ohne Wärmepumpen-Betrieb. Die Sole erwärmt sich um 3 bis 5 Kelvin und gibt Wärme ins Erdreich ab. Die Kühlleistung erreicht 30 bis 50 Watt pro Quadratmeter oder 4 bis 7 Kilowatt für 150-Quadratmeter-Haus.
Die Energieeffizienz als Energy Efficiency Ratio EER liegt über 20 durch minimalen Stromverbrauch nur für Umwälzpumpen mit 100 bis 150 Watt. Die Betriebskosten betragen 5 bis 10 Cent pro Kilowattstunde Kälteleistung gegenüber 20 bis 30 Cent für aktive Kühlung mit Wärmepumpen-Kompressor. Die Sommer-Nutzung regeneriert Erdreich thermisch durch Wärme-Einspeisung und stabilisiert Jahres-Bilanz zwischen winterlichem Wärmeentzug und sommerlicher Kühlung.
Die Installation erfordert Umschaltventil zwischen Heiz- und Kühlbetrieb für 300 bis 600 Euro und optional separate Kühlkreise mit Konvektoren oder Deckensegel für 3.000 bis 6.000 Euro zusätzlich. Die Nachrüstung in bestehende Fußbodenheizung funktioniert eingeschränkt durch niedrige Kühlleistung von 15 bis 25 Watt pro Quadratmeter und Kondenswasser-Risiko unter Taupunkt. Die Raum-Kühlung senkt Temperatur um 3 bis 5 Kelvin auf 21 bis 23 Grad Celsius bei 28 bis 30 Grad Celsius Außentemperatur.
Vergleich zu Alternativen
Erdsonde vs. Luft-Wasser-Wärmepumpe
Die Erdsonde Wärmepumpe übertrifft Luft-Wasser-System in Jahresarbeitszahl um 0,8 bis 1,5 Punkte durch stabile Wärmequelle bei 4,3 statt 3,2 durchschnittlich. Die höhere Effizienz spart 400 bis 700 Euro Stromkosten jährlich bei 20.000 Kilowattstunden Wärmebedarf. Die Mehrkosten von 10.000 bis 15.000 Euro nach Förderung amortisieren innerhalb 15 bis 30 Jahren. Die Total Cost of Ownership über 25 Jahre liegt 0 bis 5.000 Euro unter Luftwärmepumpe durch Kombination höherer Investition und niedrigerer Betriebskosten.
Die Lärmfreiheit eliminiert Nachbarschafts-Konflikte durch geräuschloses Sondenfeld ohne Außengerät mit 50 bis 60 dB(A) Schallemission. Die Aufstellung spart 5 bis 8 Meter Mindestabstand zur Grundstücksgrenze typisch für Luftwärmepumpen nach TA Lärm. Die Ästhetik bevorzugt unsichtbare unterirdische Installation statt 1,2 × 1,0 × 0,8 Meter Monoblock oder Split-Außeneinheit. Die Wartung konzentriert sich auf Wärmepumpe ohne wetterexponierte Komponenten mit Eisbildung oder Ventilator-Verschleiß.
Die Nachteile umfassen höhere Anfangs-Investition um 30 bis 50 Prozent, Genehmigungsrisiko mit 5 bis 60 Prozent Ablehnung regional, geologische Unsicherheit bei Bohrkosten und begrenzte Wirtschaftlichkeit bei reiner Amortisations-Betrachtung ohne Berücksichtigung von Komfort, Lärm und Lebensdauer. Die Entscheidung favorisiert Erdsonden bei Grundstücks-Limitationen ohne Luftwärmepumpen-Aufstellung, Lärmschutz-Anforderungen, geologischer Eignung und Effizienz-Priorität für langfristigen Betrieb.
Erdsonde vs. Flächenkollektor
Die Flächenkollektoren verlegen horizontale Rohrleitungen in 1,2 bis 1,5 Meter Tiefe über 200 bis 400 Quadratmeter Fläche für 10 Kilowatt System. Die Entzugsleistung liegt bei 10 bis 30 Watt pro Quadratmeter durch saisonale Temperaturschwankungen zwischen 0 und 15 Grad Celsius. Die Jahresarbeitszahl erreicht 3,8 bis 4,3 durch niedrigere durchschnittliche Quelltemperatur gegenüber 4,3 bis 4,8 für Erdsonden. Die Investition beträgt 20.000 bis 32.000 Euro gesamt mit 20 bis 40 Prozent Ersparnis gegenüber Erdsonden bei verfügbarer Freifläche.
Die Grundstücks-Anforderung von 250 bis 400 Quadratmeter unversiegelter Fläche ohne tiefwurzelnde Bepflanzung beschränkt Anwendung auf große Grundstücke über 800 bis 1.000 Quadratmeter. Die Erdsonden benötigen nur 150 bis 250 Quadratmeter Sondenfeld-Fläche plus beliebige Bebauung. Die Effizienz-Differenz von 0,3 bis 0,5 Punkten JAZ spart 100 bis 200 Euro jährlich für Erdsonden. Die Amortisation der Mehrkosten erfolgt nicht innerhalb wirtschaftlicher Betrachtung von 25 Jahren.
Die Entscheidung zwischen Erdsonde und Flächenkollektor basiert primär auf verfügbarer Grundstücksfläche, nicht Wirtschaftlichkeit. Flächenkollektoren eignen sich für Neubau-Grundstücke über 800 Quadratmeter mit Garten-Gestaltung über Kollektorfläche. Erdsonden bevorzugen begrenzte Grundstücke unter 500 Quadratmeter, nachträgliche Installation ohne Garten-Zerstörung oder maximale Effizienz-Orientierung. Die Lebensdauer liegt vergleichbar bei 40 bis 60 Jahre für Flächenkollektoren versus 50 bis 100 Jahre für Erdsonden.
Fazit: Premium-Heizung für langfristige Effizienz
Die Erdsonde Wärmepumpe erreicht höchste Jahresarbeitszahlen zwischen 4,0 und 4,8 durch konstante Erdwärme aus 50 bis 150 Meter Tiefe unabhängig von Außentemperatur-Schwankungen. Die stabile Wärmequelle zwischen 8 und 12 Grad Celsius eliminiert Abtauzyklen und Heizstab-Unterstützung bei Frost für 0,8 bis 1,5 Punkte JAZ-Vorteil gegenüber Luft-Wasser-Wärmepumpen bei durchschnittlich 4,3 statt 3,2.
Die Gesamt-Investition von 35.000 bis 50.000 Euro übersteigt Luftwärmepumpen um 10.000 bis 18.000 Euro nach BEG-Förderung von 30 bis 35 Prozent. Die höhere Effizienz spart 400 bis 700 Euro Stromkosten jährlich mit Amortisation der Mehrkosten innerhalb 15 bis 30 Jahren. Die Total Cost of Ownership über 25 Jahre liegt 0 bis 5.000 Euro unter Luftwärmepumpe durch Kombination höherer Anfangsinvestition und niedrigerer Betriebskosten bei marginaler wirtschaftlicher Überlegenheit.
Die Entscheidung für Erdsonden-System rechtfertigt sich primär durch nicht-monetäre Faktoren: Lärmfreiheit ohne Außengerät, Grundstücks-Limitationen ohne Luftwärmepumpen-Aufstellung, maximale Effizienz für Niedrigstenergie-Gebäude, passive Kühlung im Sommer und 50 bis 100 Jahre Lebensdauer der Erdwärmesonden. Die Genehmigungsfähigkeit nach Wasserhaushaltsgesetz mit 5 bis 60 Prozent Ablehnung regional und geologische Eignung mit 50 bis 80 Watt pro Meter Entzugsleistung limitieren Verfügbarkeit. Die Erdsonde Wärmepumpe stellt Premium-Lösung für geologisch geeignete Standorte mit Genehmigung, ausreichend Grundstücksfläche und langfristiger Effizienz-Priorität bei höherer Anfangsinvestition dar.
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