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Wärmepumpen - Kalte Füße fürs Gemüse

Wärmepumpen mit unter der Erdoberfläche befindlichen Kollektoren stellen eine interessante Alternative für Hausbesitzer mit Garten dar. Allerdings ist bei der Gartennutzung einiges zu berücksichtigen.

Alternative Methoden

Noch nie waren Gas und Erdöl so teuer wie heute. In seltener Eintracht fordern Ökologen und Ökonomen, den Verbrauch von fossilen Brennstoffen zu reduzieren. Zum einen aus Gründen des Umweltschutzes und zum anderen, um uns aus der Abhängigkeit von Energieimporten aus dem Ausland zu lösen. Gerade Hausbesitzern mit größerem Grundstück eröffnet sich eine im wahrsten Sinne nahe liegende Alternative: Warum nicht den Garten als Energiespeicher nutzen? Die Wärmepumpentechnik vermag die für die Beheizung eines Gebäudes notwendige Wärme aus dem Erdreich zu gewinnen.

Keine neue Erfindung

Diese Art der Wärmeversorgung ist nicht neu. Ihren ersten Boom erlebte sie vor dreißig Jahren. Inzwischen hat sie sich stark weiterentwickelt und insbesondere die mit einem elektrisch betriebenen Kompressor ausgerüsteten Wärmepumpen präsentieren sich heute als zuverlässige und ernst zu nehmende Alternative. 2004 wurden 4700 neue Heizungswärmepumpen-Systeme in Österreich installiert, davon nutzen drei Viertel die Erdwärme als Energiequelle (die anderen die Luft und das Wasser); hier überwiegen wiederum Anlagen mit horizontal verlegten Kollektoren (siehe Abbildung) gegenüber Anlagen mit Tiefensonden.

Wie beim Kühlschrank

„Mit dem Erdreich heizen – wie soll das, bitte, funktionieren?“, fragen manche recht ungläubig. Kurze Antwort: ähnlich wie beim Kühlschrank, nur mit umgekehrter Nutzanwendung. Die Wärmepumpe entzieht dem Erdreich Wärme und bringt so das Arbeitsmittel der Anlage vom flüssigen in den gasförmigen Zustand. Dieses Arbeitsmittel gelangt weiter in den Kompressor: Hier kommt das physikalische Gesetz zum Tragen, dass sich Gase bei Druckerhöhung erwärmen. Das erwärmte Gas strömt in den Verflüssiger, wo es die Energie über den Wärmetauscher an das Heizungssystem abgibt. Der Zweck der Wärmepumpe ist damit erfüllt, doch um den Kreislauf aufrechtzuerhalten, muss das Arbeitsmittel – im Expansionsventil – wieder auf die Ausgangstemperatur zurückgebracht werden. Der Prozess kann nun von vorne beginnen.

Umkehr des natürlichen Wärmeflusses

In der herkömmlichen Heiztechnik wird die im Brennstoff chemisch gebundene Energie in eine heiße Flamme umgewandelt, die das Heizwasser erhitzt. Der Wärmepumpenprozess ermöglicht die Umkehr des natürlichen Wärmeflusses von hoher zu niedriger Temperatur: Sie „pumpen“ die auf niedrigem Temperaturniveau vorliegende Umgebungsenergie unter Einsatz zusätzlicher Energie auf ein höheres Temperaturniveau, das zum Heizen genutzt wird. Diese Technik eignet sich vor allem für gut wärmegedämmte Gebäude mit Niedrigtemperaturheizsystemen (großflächige Wärmeabgabe über Fußboden- oder Wandheizung); für Heizsysteme hingegen, wo noch Vorlauftemperaturen von 70 Grad erforderlich sind, nur bedingt.

Rohrleitungen unter dem Rasen

Bei den üblichen Wärmepumpen mit Erdreichkollektor werden Kollektoren, das heißt Rohrleitungen, im Garten verlegt, und zwar in einer Tiefe von 0,80 bis 1,5 m, knapp unter der Frostgrenze. Die Fläche des Rohrnetzes berechnet sich nach dem Heizwärmebedarf des Gebäudes und nach der Beschaffenheit des Bodens – ein steiniger ist nicht so geeignet; dafür stellt ein nicht zu schwerer, aber auch nicht zu leichter, feuchter Boden (wie zum Beispiel ein Lehmboden) wegen seiner guten Wärmeleitfähigkeit eine ideale Grundlage dar. Das war eines der Ergebnisse des Forschungsprojektes „Wärmepumpen, Erdkollektoren, Garten- und Wohnqualität“, das vor Kurzem präsentiert wurde.

Wärmepumpe mit Erdreichkollektor: Rohrleitungen werden knapp unter der Frostgrenze verlegt

Formel zum Flächenbedarf

Natürlich sind auch die klimatischen Verhältnisse zu berücksichtigen. Im warmen Burgenland kommt man mit einer kleineren Kollektorfläche aus als im rauen Waldviertel. Faustformel: Der Flächenbedarf beträgt etwa das 1,5- bis 2-fache der zu beheizenden Wohnfläche. Eine Unterdimensionierung muss vermieden werden, um eine zu starke Abkühlung des Bodens zu verhindern. Alternativ zu den Rohrschlangen kann auch eine vertikale Sonde in das Erdreich eingebracht werden, in eine Tiefe von 20 bis 100 Metern. Der Platzbedarf ist geringer, die Investitionskosten sind dafür höher.

Wärmepumpe mit Tiefensonde: bei Platzmangel die - teurere - Alternative

Wärme wird entzogen

Wärmepumpen verlangen umfangreiche Erdarbeiten. Es ist darauf zu achten, die Fläche über den Kollektoren unversiegelt zu lassen – also dort keine betonierte Terrasse und kein Gartenhaus zu errichten –, damit die Erde durch Sonneneinstrahlung und Niederschlag natürlich erwärmt werden kann. Die Flachkollektoren müssen mit Weitsicht, das heißt mit Sinn für potenzielle Eventualitäten, verlegt werden: Möchte man sich beispielsweise die Option auf ein eigenes Schwimmbad in ein paar Jahren offen halten, sollte das in der Planung berücksichtigt werden.

Bis zu 10 Grad Unterschied

Erdkollektoren kühlen das Erdreich ab, indem sie dem Boden (im Winterhalbjahr) Energie entziehen. Die im Rahmen des Forschungsprojektes durchgeführten Messungen ergaben, dass der Temperaturunterschied gegenüber Böden ohne Kollektor im Frühling und Frühsommer mit 6 bis 10 Grad am höchsten, im Hochsommer mit 1 bis 2 Grad am niedrigsten ist. Das kann Auswirkungen für die Vegetation haben: Eine Verzögerung der Blüh- und Austriebsphasen um bis zu zweieinhalb Wochen muss unter Umständen in Kauf genommen werden.

Verbesserung des Kleinklimas

Dem kann man durch eine Verbesserung des Kleinklimas im Garten entgegenwirken, zum Beispiel durch Windschutzhecken oder Beete vor Südmauern. Blumen, Sträucher und Bäume entwickeln sich üblicherweise in einem Garten mit Kollektorleitungen genauso gesund wie in einem unverbauten. Man sollte allerdings nur standortgerechte Pflanzen setzen. Ob Wurzeln von tiefer wurzelnden Bäumen die Kollektorleitungen langfristig schädigen und ob der Ertrag von Obstbäumen beeinflusst wird, bleibt ungeklärt (dafür wären Langzeituntersuchungen erforderlich).

 

 

Stromzufuhr notwendig

Zu beachten ist auch, dass die Wärmepumpenheizung die Zufuhr wertvoller Energie – im privaten Wohnungsbau normalerweise Strom – erfordert. Strom benötigen zwar auch andere Heizsysteme, schon allein zum Betrieb der Umlaufpumpe, allerdings in ungleich geringerer Menge. Die Effektivität der Wärmepumpen bemisst sich nach dem Verhältnis der gewonnenen zur zugeführten Energie. Moderne Anlagen weisen eine Jahresarbeitszahl von 4 auf: 1 Einheit Stromenergie ist nötig, um 4 Einheiten Wärmeenergie zu gewinnen.

Teure Investition

Wärmepumpen gehören zu den kapitalintensiven Heizungssystemen. Die Investitionskosten sind relativ hoch, sie liegen im Fall eines Einfamilienhauses bei 10.000 bis 15.000 Euro. So viel muss man allerdings auch für eine Pelletsheizung zahlen, für eine Ölheizung etwa 10 Prozent weniger. Einige Landesregierungen gewähren Förderungen für Wärmepumpen. Die Betriebskosten sind im Vergleich zu anderen Heizsystemen äußerst niedrig. Bei einem Heizwärmebedarf für ein Einfamilienhaus von 12.000 kWh betragen die Stromkosten 290 Euro pro Jahr, bei einer Heizölanlage muss man dagegen mit gut 1000 Euro rechnen. Und Ausgaben für den Rauchfangkehrer entfallen ganz, da das System ohne Abzug auskommt. So können sich die anfänglichen Kosten bald amortisieren.

Besser vom Fachmann

Wegen der von Laien nicht abschätzbaren Aspekte, die es zu berücksichtigen gilt, sollten Sie sich nur an erfahrene Experten wenden: an Wärmepumpen- Installateure, die auf ein Zertifikat von arsenal research verweisen können. Lassen sie sich die Jahresarbeitszahl (Richtzahl 4) bestätigen; um diese auch wirklich überprüfen zu können, sollten Sie auf der Installation eines Wärmemengenzählers bestehen.

Kompetent mit Konsument: Wärmepumpen

  • Wärme aus dem Erdreich. Wärmepumpen (mit Erdreichkollektor) eignen sich speziell für gut wärmegedämmte Gebäude, wo zum Heizen Vorlauftemperaturen von 30 bis 40 Grad ausreichen.
  • Energie zuführen. Ohne Strom geht’s nicht. Je besser das Verhältnis von gewonnener zu zugeführter Energie, desto besser die energetische Bilanz. Die Jahresarbeitszahl sollte bei Neubauten nicht unter 4
    liegen.
  • Regeneration des Bodens. Wärmepumpen entziehen dem Erdreich Wärme, doch das wird durch die Sonneneinstrahlung wettgemacht. Daher die Kollektorflächen nicht überbauen. Das Pflanzenwachstum kann sich im Frühjahr um bis zu 2,5 Wochen verzögern.
  • Kapitalintensives Heizungssystem. Die Investitionskosten sind hoch, doch sie amortisieren sich bald über die niedrigeren Betriebskosten.

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