Im Fachjargon nennt man die technische Nutzung dieser drei Wärmequellen Geothermie (vom griechischen Wort für Erde), Aerothermie (vom griechischen Wort für Luft) und Hydrothermie (vom griechischen Wort für Wasser).

In den meisten Fällen kommt das geniale Funktionsprinzip der Wärmepumpe ins Spiel. Sie bringt die Temperatur der Wärmequelle auf die Temperaturen, die für Heizung und Warmwasserbereitung benötigt werden. Dabei nutzt sie wie dein Kühlschrank zuhause ein Kältemittel, das schon bei Minusgraden verdampft. Im Kältekreislauf der Wärmepumpe wird das dampfförmige Kältemittel weiter verdichtet und erwärmt sich dabei. Nachdem es seine Wärmeenergie an dein Heizsystem abgegeben hat, wird es wieder entspannt und der Kreislauf beginnt von neuem. Das Kältemittel Propan, das wir bei unseren modernsten Luft/Wasser-Wärmepumpen Hybrox einsetzen, verdampft zum Beispiel bei minus 42 Grad Celsius und verflüssigt sich wieder bei 70 Grad Celsius und 26 bar. Damit ist es ideal geeignet für die Heizungssanierung im Altbau, wo meist höhere Vorlauftemperaturen benötigt werden. Wie die Wärmepumpe genau funktioniert, haben wir in einem anderen Beitrag genauer beschrieben.

Großteil der benötigten Wärmenergie bezieht die Wärmepumpe aus der Umwelt. Moderne Wärmepumpen schaffen bei idealen Bedingungen ein Verhältnis von vier Fünftel Umweltenergie zu einem Fünftel elektrischer Energie, die für den Betrieb des Kompressors benötigt wird. Dass sie dabei unterschiedlich effizient arbeiten, liegt auch an den Temperaturen der Wärmequelle – wir lassen jetzt mal den baulichen Zustand der Immobilie, die vorhandenen Heizkörper und das individuelle Nutzerverhalten beiseite.

Je geringer die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Vorlauftemperatur deiner Heizung, desto weniger elektrische Energie benötigt die Wärmepumpe.

Luft/Wasser-Wärmepumpen und Luft/Luft-Wärmepumpen sind die am meisten verbreiteten Wärmepumpen. Das hat einen einfachen Grund: die Energie aus der Wärmequelle Luft kann ohne großen Kostenaufwand erschlossen werden und du musst auf deinem Grundstück weder bohren noch graben. Ein leistungsstarker Ventilator genügt, um die Außenluft gezielt zur Wärmepumpe zu führen. Im gewerblichen Bereich werden größere Wärmepumpen oft auch aus der Prozesswärme von Industrieanlage sowie der Wärme von Abluft, Abwasser oder Raumluft gespeist.

Übrigens sind kalte Winter mit Temperaturen von minus 20 Grad Celsius für leistungsstarke Wärmepumpen wie unsere Hybrox kein Problem. Sie heizen deine Räume zuverlässig auch ohne Zuschalten des elektrischen Heizstabs. Dass der Wirkungsgrad der Luft/Wasser-Wärmepumpe bei extrem niedrigen Außentemperaturen schlechter wird, liegt in der Natur der Physik. Wie sieht es stattdessen bei den Erdwärmepumpen aus?

Die Wissenschaft schätzt, dass im Erdkern mehr als 6000 Grad Celsius herrschen. Und obwohl die Erde sich seit ihrer Entstehung abkühlt, produziert sie durch den Zerfall radioaktiver Stoffe im Inneren immer noch Wärme nach. Nach menschlichen Maßstäben ist diese Wärmequelle unendlich. Gut für dich, wenn du mit dem Gedanken spielst, dir eine Erdwärmepumpe zuzulegen.

Je weiter du nach innen vordringst, umso wärmer ist unser Planet. Da das oberste Erdreich weitgehend von der Sonne erwärmt wird, beeinflussen die jahreszeitlichen Schwankungen noch seine Temperatur. Ab 15 Metern bis in rund 100 Meter Tiefe liegt die Bodentemperatur in unseren Breiten konstant bei 10 Grad Celsius und steigt danach aufgrund der Wärme im Inneren der Erde durchschnittlich um etwa 3 Grad Celsius pro 100 Meter Tiefe an.

Was bedeuten die Bodentemperaturen jetzt für die Effizienz deiner Erdwärmepumpe? Das hängt davon ab, ob du dich für eine horizontale Lösung mit Erdkollektoren oder eine vertikale Lösung mit Erdsonden entscheidest. Erdkollektoren werden oberflächennah in bis zu eineinhalb Metern Tiefe verlegt. Da, wie oben erläutert, die Bodentemperatur bis 15 Meter Tiefe schwankt, sinkt im Winter auch die Temperatur der frostsicheren Sole, die in den Kollektorröhren zirkuliert und die Wärme zur Wärmepumpe transportiert. Damit steigen Temperaturdifferenz und Stromverbrauch leicht an, wenn auch in geringerem Ausmaß als bei der Luft/Wasser-Wärmepumpe. Idealerweise nutzt du die Erdwärmepumpe im Sommer zum passiven Kühlen deiner Räume, denn dadurch kann sich das Erdreich um die Kollektoren herum regenerieren.

Erdsonden werden hingegen im privaten Bereich in Tiefen bis 100 Meter verlegt. Keine Temperaturschwankungen und höhere Bodentemperaturen bedeuten für dich, dass deine Erdwärmepumpe mit einer hohen Effizienz arbeitet und hervorragende Jahresarbeitszahlen erzielt.

Erdkollektoren und Erdsonden sind die gängigsten Wärmetauscher für die Wärmequelle Erde. Doch es gibt noch eine ganze Reihe anderer Lösungen wie zum Beispiel Erdwärmekörbe, Spiralsonden und Grabenkollektoren. Immer beliebter werden Eisspeicherheizungen. Was zuerst wie ein Widerspruch klingt, ist besonders effizient. Diese Heizungen arbeitet mit einer Sole/Wasser-Wärmepumpe und nutzen nicht nur die Wärmequelle Erde, sondern über einen Solar-Luft-Absorber auch die Wärmeenergie von Luft und Sonne. Wie eine Heizung mit Eisspeicher genau funktioniert, siehst du im Video der Universität Hohenheim.

Für die Nutzung der Wärme aus dem Grundwasser müssen zwei Brunnen installiert werden. Über den Entnahmebrunnen wird das Grundwasser nach oben gepumpt, durchläuft den Wärmetauscher der Wasser/Wasser-Wärmepumpe und wird über den Rückgabebrunnen wieder ins Grundwasser eingeleitet.

In unseren Breiten bewegt sich die Temperatur des Grundwassers zwischen 5 und 15 Grad Celsius. Ab einer Tiefe von 10 bis 15 Metern schwanken sie kaum mehr, daher ist eine Wasser/Wasser-Wärmepumpe ähnlich effizient wie eine Erdwärmepumpe mit Erdsonden. Allerdings brauchst du ein hydrologisches Gutachten und in der Nähe deines Hauses muss sich brauchbares Oberflächenwasser befinden.

Neben dem Grundwasser werden auch Flusswasser oder Meerwasser für den Betrieb von Wärmepumpen genutzt. In der Regel versorgen diese Lösungen Quartiere und Ortsteile mit Wärmeenergie.

Welche dieser Wärmequellen du für dein Wärmepumpen-Projekt nutzen willst, welche Wärmepumpe sich für dich rechnet und ob dein Grundstück für Erdkollektoren oder Erdsonden geeignet ist, das besprichst du am besten mit einem unserer geschulten Fachpartnerbetriebe.