Erdwärmesonden: So funktioniert umweltfreundliche Wärme aus der Tiefe
Geothermie hat vielfältige Einsatzbereiche. Man kann damit eine Großstadt mit Energie versorgen, oder mittels Erdsonden im Garten auch das Eigenheim.
Das Wichtigste in Kürze:
- Effiziente Nutzung von Erdwärme: Erdwärmesonden entziehen dem Erdreich ab etwa 15 Metern Tiefe konstant verfügbare Wärme, die über Wärmepumpen in Heizenergie umgewandelt wird.
- Aufbau und Funktion: Typisch sind Doppel-U-Rohrsonden mit Solekreislauf, Wärmepumpe und Wärmetauscher – das System arbeitet zuverlässig auch im Winter.
- Voraussetzungen und Genehmigungen: Gute geologische Bedingungen und ausreichend Platz sind nötig; unter bestimmten Umständen ist ein Anzeigeverfahren erforderlich.
- Anwendung in Wien: Vom Einfamilienhaus bis zum Großprojekt wie dem „Village im Dritten“ – Erdwärmesonden kommen zunehmend in urbanen Gebieten zum Einsatz.
- Wirtschaftlichkeit: Hohe Investitionskosten stehen niedrigen Betriebskosten, staatlicher Förderung und langer Lebensdauer gegenüber.
Was ist eine Erdwärmesonde
Erdwärmesonden sind Rohrsysteme, die vertikal in den Boden eingelassen werden. Sie entziehen der Erde die gespeicherte Wärme und nutzen diese, um umweltfreundlich Gebäude zu beheizen.
Bereits ab einer Tiefe von etwa 15 Metern liegt die Temperatur unter der Erde ganzjährig zwischen 7 und 13 Grad Celsius. Über das Rohrsystem wird diese Wärme an die Oberfläche transportiert, wo sie dann mit einer Wärmepumpe in Heizenergie umgewandelt wird.
Da die Temperatur im Erdreich das ganze Jahr über konstant bleibt, kann das System auch in den kalten Wintermonaten effizient arbeiten.
Aufbau und Komponenten
Es gibt zwei typische Bauformen von Erdwärmesonden: die U-Rohrsonden und die Doppel-U-Rohrsonden. Letztere werden häufig verwendet und bieten eine besonders effiziente Wärmeübertragung. Eine Doppel-U-Rohrsonde besteht aus zwei Kunststoff-Rohrschlaufen, die in einem Bohrloch installiert werden. Das sind die wichtigsten Komponenten:
- Bohrloch: Das Bohrloch, in das die Erdwärmesonde eingeführt wird, reicht in der Regel bis zu 150 Meter tief in den Boden.
- Rohrsystem: Kunststoffrohre, durch die die Sole zirkuliert.
- Sole: Ein Wasser-Frostschutzmittel-Gemisch, das beim Durchfließen des Rohrsystems die Wärme aus dem Erdreich aufnimmt.
- Verfüllmaterial (z. B. Bentonit): Die Hohlräume zwischen den Rohren und dem Erdreich werden mit Bentonit aufgefüllt. Das sorgt für eine gute Wärmeübertragung und schützt das System vor Frost.
So funktionieren Erdwärmesonden
Erdwärmesonden nutzen die konstante Temperatur des Erdreichs, um Wärme für die Heizung von Gebäuden zu gewinnen. Das funktioniert so:
- 1
Wärmeaufnahme durch die Sole
Diese Sole zirkuliert durch das Rohrsystem und nimmt die natürliche Wärme aus dem Erdreich auf.
- 2
Transport zur Wärmepumpe
Die erwärmte Sole wird durch das Rohrsystem zur Wärmepumpe an die Oberfläche transportiert. Dort gibt sie ihre Wärme an das Kältemittel in der Wärmepumpe ab. Die Sole kühlt sich dabei ab und fließt wieder zum tiefsten Punkt der Doppel-U-Rohrsonde zurück, um erneut Wärme aus dem Erdreich aufzunehmen.
- 3
Verdampfen des Kältemittels
Das Kältemittel in der Wärmepumpe nimmt die Wärme von der Sole auf und verdampft. Dieser Verdampfungsprozess sorgt dafür, dass die Temperatur des Kältemittels deutlich ansteigt.
- 4
Komprimierung und Erhöhung der Temperatur
Das gasförmige Kältemittel wird nun in einem Kompressor weiter verdichtet, wodurch seine Temperatur noch weiter ansteigt. Dieser heiße Dampf hat nun eine viel höhere Temperatur als die ursprüngliche Sole und ist bereit, als Heizwärme genutzt zu werden.
- 5
Wärmeabgabe an das Gebäude
Der heiße Dampf wird durch einen Wärmetauscher geleitet, wo die Wärme an das Heizsystem des Gebäudes abgegeben wird. Sie wird nun genutzt, um Räume zu heizen oder warmes Wasser bereitzustellen.
- 6
Rückführung und Kreislaufbeginn
Nachdem das Kältemittel seine Wärme abgegeben hat, wird es wieder flüssig und gelangt zurück zur Wärmepumpe. Der gesamte Prozess beginnt von vorne. Die Sole fließt erneut durch das Rohrsystem, nimmt frische Wärme aus dem Erdreich auf und gibt sie an die Wärmepumpe weiter. So wird kontinuierlich Wärme aus der Erde entzogen und in Heizenergie umgewandelt.
Voraussetzungen für den Einsatz von Erdwärmesonden
Geologische Bedingungen
Die Bodenbeschaffenheit ist entscheidend für die Leistungsfähigkeit der Erdwärmesonde. Der Boden muss eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen, um die Erdwärme effektiv übertragen zu können. Bei stark wasserhaltigen oder sehr porösen Böden kann die Wärmeübertragung erschwert werden.
Genehmigungen
Die Nutzung von Erdwärme in Österreich ist im Wasserrechtsgesetz (WRG 1959) geregelt. Obwohl Erdwärmesonden nicht grundsätzlich genehmigungspflichtig sind, ist in bestimmten Fällen ein Anzeigeverfahren erforderlich. Etwa wenn artesisch gespannte Grundwasserkörper oder Wasserschutzgebiete betroffen sind. Hier gibt’s weitere Informationen zu den rechtlichen Grundlagen der Erdwärmenutzung in Österreich.
Platzbedarf
Der Platzbedarf für Erdwärmesonden ist relativ gering. Eine einzelne Sonde benötigt etwa 0,5 m² Fläche, doch zwischen mehreren Sonden sind Mindestabstände von 5 bis 6 Metern einzuhalten, um eine gegenseitige Beeinträchtigung zu vermeiden.
Wo kommen Erdwärmesonden zum Einsatz
Erdwärmesonden sind vielseitig einsetzbar. Sie eignen sich für Einfamilienhäuser ebenso wie für größere Wohnanlagen, Bürogebäude oder öffentliche Einrichtungen.
Auch bei Neubauten und Sanierungen kommen sie häufig zum Einsatz. Denn in Kombination mit Wärmepumpen ermöglichen sie eine nachhaltige und nahezu emissionsfreie Heizlösung.
Innovatives Einsatzbeispiel: Quartier Meischlgasse
Ein aktuelles Beispiel für die großflächige Nutzung von Erdwärmesonden ist das neue Stadtquartier Meischlgasse im 23. Bezirk. Dort entsteht eines der modernsten Energiekonzepte im österreichischen Wohnbau.
Das Herzstück bildet ein großes Sondenfeld mit 565 Tiefensonden, die rund 80 Meter in die Tiefe reichen. Sie sind über mehrere Baufelder verteilt und miteinander vernetzt. Mit mehreren Metern Abstand gesetzt, erschließen sie rund 2,3 Millionen Kubikmeter Erdreich, das als saisonaler Energiespeicher genutzt wird.
Im Winter entziehen die Sonden dem Untergrund Wärme, die über Wärmepumpen für Heizung und Warmwasser bereitgestellt wird. Im Sommer funktioniert das System umgekehrt: Überschüssige Wärme aus den Gebäuden wird in das Erdreich abgeführt. Dadurch entsteht eine sanfte Kühlung und gleichzeitig wird Energie für die nächste Heizperiode gespeichert.
Ergänzt wird das Sondenfeld durch Solarthermie, Photovoltaik und moderne Regeltechnik. Ein digitales Energiemanagement überwacht alle Komponenten und optimiert den Betrieb in Echtzeit. Im Quartier Meischlgasse zeigen wir, wie Erdwärmesonden in Städten eingesetzt werden können, um ein ganzjährig ausgewogenes und erneuerbares Energiesystem zu schaffen.
Ein weiteres Beispiel für den großflächigen Einsatz ist das Stadtentwicklungsprojekt Village im Dritten in Wien. Dort setzt Wien Energie auf ein innovatives Energiekonzept, für das wir 500 Erdwärmesonden installiert haben. Das Quartier wird über ein Niedertemperaturnetz versorgt, das die gewonnene Erdwärme effizient verteilt. So entsteht ein zukunftsorientiertes Wohnviertel, das zeigt, wie klimafreundliche Wärmeversorgung im urbanen Raum funktionieren kann.
Wie viel kosten Erdwärmesonden?
Anschaffung & Installation von Erdwärmesonden
Die Gesamtkosten für Projekte mit Erdwärmesonden können stark variieren. Sie sind abhängig von der Größe des Projekts und der Tiefe der Bohrung. Konkrete Kostenbeispiele, zum Beispiel für ein Einfamilienhaus, gibt es auf der Website von Geothermie Österreich.
Laufende Betriebskosten von Erdwärmesonden
Auch die jährlichen Betriebskosten hängen stark von individuellen Faktoren ab. Sie umfassen Stromkosten für den Betrieb der Wärmepumpe sowie Wartung und Versicherung.
Förderungen für Erdwärmesonden in Wien
Von der Stadt Wien gibt es gezielte Förderprogramme für erneuerbare Heizsysteme. Auch Wärmepumpen können dabei berücksichtigt werden. Förderungen können je nach Projektgröße und technischer Ausgestaltung mehrere Tausend Euro betragen und reduzieren die Anfangsinvestition deutlich.
Für die Antragstellung werden unter anderem ein Kostenangebot oder eine Rechnung sowie eine Zustimmungserklärung der Eigentümer*in benötigt. Weitere Informationen sowie das Online-Formular für die Förderung finden gibt‘s auf der Website der Stadt Wien.
Vorteile & Nachteile von Erdwärmesonden
| Vorteile | Nachteile |
|---|---|
| Umweltfreundlich & emissionsarm | Hohe Investitionskosten |
| Effizient dank stabiler Erdtemperaturen | Standortabhängig (Boden, Genehmigung) |
| Ganzjährig einsetzbar | Aufwändige Planung & Installation |
| Platzsparend (vertikale Bohrung) | Hoher technischer Planungsaufwand |
| Langlebig (bis 50 Jahre Lebensdauer) |
Erdwärmesonde vs. Luftwärmepumpe: Was ist besser?
Erdwärmesonden nutzen die Temperatur des Erdinneren, um Wärme zu gewinnen. Sie transportieren die in der Erde gespeicherte Wärme zur Erdwärmepumpe, um dann Gebäude zu heizen. Luftwärmepumpen erzeugen aus der Umgebungsluft Wärme. In diesem Blogbeitrag gibt es einen Vergleich verschiedener Arten von Wärmepumpen.
Die Unterschiede zwischen Erdwärme- und Luftwärmepumpe gibt es hier auf einen Blick:
| Kriterium | Erdwärmepumpe | Luftwärmepumpe |
|---|---|---|
| Energiequelle | Konstante Temperatur des Erdreichs | Außentemperaturen (auch im Winter nutzbar) |
| Effizienz | Sehr hoch (JAZ 4–5) | Niedriger (JAZ 2–3 bei kaltem Wetter) |
| Lautstärke | Sehr leise (30–40 dB) | Lauter (40–65 dB) |
| Platzbedarf | Gering bei Sonden, hoch bei Kollektoren | Gering (Außeneinheit) |
| Genehmigungspflicht | In vielen Fällen genehmigungsfrei | In der Regel keine Genehmigung erforderlich |
| Wärmequelle | Ganzjährig stabil (ideal für kalte Winter) | Schwankt mit Außentemperaturen, weniger effizient bei Kälte |
| Kühlfunktion | Kann auch als passive Kühlung genutzt werden | Kühlfunktion weniger effizient |
Welches System nun besser ist, hängt von den individuellen Gegebenheiten ab. Erdwärmesonden bieten eine höhere Effizienz und geringere Betriebskosten, da Temperatur des Erdreichs konstant hoch ist. Sie sind besonders in Gebieten mit kalten Wintern und ausreichend Platz für Tiefenbohrungen eine gute Wahl.
Luftwärmepumpen hingegen sind in der Anschaffung günstiger und benötigen weniger Platz, da nicht in die Tiefe gebohrt werden muss. Sie sind eine gute Wahl, wenn weniger Investitionskapital zur Verfügung steht oder wenn der Platz begrenzt ist und keine tiefen Bohrungen möglich sind. Sie arbeiten jedoch weniger effizient als Erdwärmesonden, besonders bei sehr kaltem Wetter.
Die Wahl zwischen Erdwärmesonde und Luftwärmepumpe hängt also vor allem von den örtlichen Gegebenheiten und dem Budget ab.
Fazit: Lohnen sich Erdwärmesonden?
Erdwärmesonden sind eine zukunftssichere, umweltfreundliche Lösung für die Wärmeversorgung. Trotz hoher Anfangskosten überzeugen sie durch ihre Effizienz, Langlebigkeit und geringen Betriebskosten. Besonders bei Neubauten oder in städtischen Entwicklungsgebieten wie dem "Village im Dritten" zeigt sich ihr Potenzial.
