Sole-Wasser-Wärmepumpe

Bei der Sole-Wasser-Wärmepumpe handelt es sich um eine besonders nachhaltige Form des Heizens, da etwa zwei Drittel der Wärme, die für das Beheizen des Hauses und die Warmwasserbereitung benötigt werden, aus dem Boden kommen. Ermöglicht wird dies durch Nutzung der Geothermie mittels Erdsonden. Der Transport der thermischen Energie zum Wärmeerzeuger erfolgt über die Sole, einer Mischung aus Wasser und Frostschutz.

Funktionsweise einer Sole-Wasser-Wärmepumpe

Die Sole-Wasser-Wärmepumpe macht sich die ganzjährig konstanten Temperaturen im Erdreich zunutze, um diese dem Wärmeerzeuger zur Verfügung zu stellen. Hierfür sind zwei Kreisläufe nötig: Sole- und Kältemittelkreislauf. Der Solekreislauf verbindet die Erdwärmequelle mit der Wärmepumpenanlage und besteht üblicherweise aus Kunststoffleitungen, die von einem Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, der sog. Sole, durchflossen werden. Je nach Kollektorart werden die Leitungen tief durch den Boden, flächig unter der Erdoberfläche geführt oder zu Erdwärmekörben gewickelt. Damit sich die Druckverluste in den Leitungen möglichst gering halten lassen, stehen meist mehrere Kreise zur Verfügung. Dadurch lassen sich auch die Stromkosten auf einem niedrigeren Niveau halten. Ähnlich einer Flächenheizung führen diese Kreise von einem Kollektor zu einem Sammler und von dort zur Wärmepumpenanlage im Haus.

 

Sole-Wasser-Wärmepumpe Vitocal 300-G

Die Vitocal 333-G wurde als kompakte, hocheffiziente Lösung für den Neubau entwickelt. Großzügig dimensionierten Wärmetauschern sorgen für einen hohen COP-Wert bis 5,0 nach EN 14511 bei Sole 0 °C/Wasser 35 °C. Daneben sorgen energiesparende Hocheffizienzpumpen für den Sole- und Heizkreis in allen drei Leistungsgrößen für geringe Verbrauchskosten und somit für eine hohe Jahresarbeitszahl. 


Der Kältemittelkreislauf

Je nach Art der Kollektoren liegt die Umweltwärme in der Regel bei bis zu 10 °C. Diese allein reicht jedoch noch nicht aus, um ein Haus zu beheizen. Deswegen ist es Aufgabe der Sole-Wasser-Wärmepumpe, die Temperatur auf ein höheres Niveau zu heben. Dies wird durch einen Kältemittelkreislauf ermöglicht, wobei in der Sole-Wasser-Wärmepumpe ein komplizierter Prozess abläuft. Wie dieser genau funktioniert, klären wir im entsprechenden Artikel über die Funktionsweise von Wärmepumpen.

Zusammenhang von Temperaturhub und Heizkosten

Es bedarf einer zusätzlichen Energiequelle, damit sich die Erdwärme in einer Sole-Wasser-Wärmepumpe auch für die Heizung nutzen lässt. Dabei kann es sich beispielsweise um Strom oder Gas handeln. Dabei gilt, dass je kleiner der Temperaturunterschied zwischen Erdwärmequelle und Heizsystem ist, der Energieverbrauch umso mehr sinkt. Dementsprechend steigen die Heizkosten mit dem Temperaturhub durch hohe Vorlauftemperaturen bei gleichzeitig niedrigen Quelltemperaturen.

Welchen Kollektor für die Sole-Wasser-Wärmepumpe?

Die geothermische Energie lässt sich mithilfe verschiedener Kollektorarten gewinnen und nutzbar machen. Hierfür bieten sich beispielsweise Sondenbohrungen, Künetten, Flachkollektoren, Energiezäune oder Erdwärmekörbe an.

Sondenbohrungen: Eine Erdwärmesonde besteht aus Rohrleitungen, die bis zu 100 Meter in die Erde reichen. Sie werden von einer Sole durchflossen und können dem umliegenden Boden bis zu 50 Watt je Meter entziehen. Um die Sole-Wasser-Wärmepumpe eines Einfamilienhauses versorgen zu können, sind etwa 150 Bohrmeter nötig, um die hierfür erforderlichen 12 kW erzielen zu können. Die Bohrmeter lassen sich jedoch auf mehrere Bohrungen aufteilen.

Flachkollektoren: Flachkollektoren ähneln vom Aufbau her einer Fußbodenheizung, da sie aus flächig verlegten Rohrleitungen bestehen, die ein bis zwei Meter unter der Erdoberfläche vergraben sind. Die Sole durchfließt nun diese Leitungen und nimmt dabei Erdwärme auf, um sie zur Sole-Wasser-Wärmepumpe zu transportieren. Für eine Entzugsleistung von ca. 25 Watt sollten Besitzer eines modernen Einfamilienhauses eine Fläche von rund 300 m² einplanen. Dabei sollte unbedingt beachtet werden, dass die Fläche darüber unbebaut bleiben muss, da Flachkollektoren keine Erdwärme, sondern gespeicherte Sonnenenergie aufnehmen.

Künetten: Auch Künetten bestehen aus Rohrleitungen im Erdreich. Diese lassen sich jedoch ringförmig und damit etwas platzsparender in Gräben von ein bis zwei Meter Breite verlegen. Je Grabenmeter werden dem Boden so bis zu 100 Watt entzogen. Bei einem Einfamilienhaus moderner Bauart wird so eine Grabenlänge von ca. 80 Metern nötig.

Erdwärmekörbe: Wie die Künetten zählen auch Erdwärmekörbe zu den eher platzsparenden Arten unter den Kollektoren. Die Körbe bestehen aus zylindrisch aufgewickelten Rohren und ähneln daher etwas einer Sprungfeder. Sie werden unter der Erde platziert und entziehen dem Boden dort eine Leistung zwischen 500 und 1.000 Watt - je nach Größe. Für den Bedarf eines modernen Einfamilienhauses sollten etwa 12 solcher Körbe eingeplant werden.

Energiezaun: Ein Energiezaun wird aus speziellen Wellenrohren gefertigt, die wechselseitig über Zaunpfosten geführt werden. Die thermische Energie wird hierbei jedoch nicht aus dem Boden gewonnen, sondern aus der Luft, aus einfallendem Regen oder der Sonneneinstrahlung. Solche Systeme sollen nach Herstellerangaben zwischen 500 und 1.000 Watt pro Quadratmeter gewinnen können. Demnach wäre eine Fläche von 15 m² für ein modernes Einfamilienhaus bereits ausreichend.

Die Sole-Wasser-Wärmepumpe im Vergleich mit anderen Wärmepumpenarten

Sole-Wasser-Systeme bieten im Vergleich mit anderen Wärmepumpen eine günstige Möglichkeit zum Heizen mittels Umweltwärme. Flachkollektoren bedürfen noch nicht einmal einer Genehmigung und gewinnen ganzjährig thermische Energie aus dem Boden. Ist es im Winter einmal richtig kalt, fällt die Umgebungsluft für eine Luftwärmepumpe nicht selten unter 0 °C, was für einen vergleichsweise hohen Temperaturhub und entsprechend steigende Energiekosten sorgt. Auch im Vergleich zu Wasser-Wasser-Wärmepumpen lässt sich der Erdboden als Wärmequelle noch vergleichsweise günstig anzapfen. Eine Brunnenanlage für eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe kann schnell mehr als 5.000 Euro kosten. Flachkollektoren für ein Einfamilienhaus gibt es hingegen bereits ab 3.000 Euro.

Checkliste beim Heizungswechsel auf Sole-Wasser-Wärmepumpe

Folgende Fragen sollen sich Hausbesitzer stellen, wenn sie auf eine Wärmepumpenheizung umrüsten wollen:

  • Kann die Vorlauftemperatur der Heizungsanlage auf unter 50°C herabgesenkt werden? (Heizlastberechnung nach DIN EN 12831)
  • Müssen dazu evtl. einzelne oder alle Heizkörper ausgetauscht werden?
  • Ist genügend Platz auf dem Grundstück für eine Erdwärmebohrung oder einen Kollektor vorhanden?
  • Ist eventuell auch eine Ergänzung der bestehenden Anlage durch eine Wärmepumpe möglich (bivalent)?
  • Erfüllt die geplante Wärmepumpenanlage die Förderbedingungen des Marktanreizprogramms?
  • Kann die Wärmepumpe mit einer möglicherweise bereits vorhandenen Photovoltaik- oder Solarthermieanlage kombiniert werden?

Fazit: Günstige und effiziente Alternative zu anderen Wärmepumpen

Die Sole-Wasser-Wärmepumpe gewinnt Wärme aus dem Erdreich und führt diese der Heizung zu. Sie lässt sich vielerorts ohne bauliche Genehmigung installieren und überzeugt dank konstant hoher Quelltemperaturen durch ihren sparsamen Betrieb. Im Vergleich zu einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist sie zudem günstiger in der Anschaffung, sofern sie die benötigte thermische Energie aus Graben- oder Flachkollektoren bezieht.