Wie hole ich Energie aus der Erde? Teil 3

Hans-Peter_Scheerer_100Erfahrungsbericht: Betriebserfahrungen mit Erdwärmesonden

Von Hans-Peter Scheerer

Im ersten Teil dieser Reihe hatte ich über die Herstellung und Dimensionierung von Erdwärmesonden berichtet, im zweiten Teil über die Genehmigungspraxis.  Im dritten und letzten Teil möchte ich nun einige Erfahrungen aus circa 15 Jahren Heizen mit Wärmepumpe und Erdsonden berichten. Trotz einiger Störungen würde ich die Technik als robust und tauglich bezeichnen. Wichtig ist meines Erachtens eine regelmäßige Beobachtung: Einmal pro Monat sollten verschiedene Dinge kontrolliert und notiert werden.

Gab es Probleme mit den Erdsonden und dem Solekreis?

Wie bereits im ersten Teil angedeutet, haben sich unsere Erdsonden zunehmend erschöpft. Das bedeutet, dass die Temperaturen, die durch den Wärmeentzug aus dem Erdreich entstehen, immer weiter absanken. Im Winter 2015/2016 – der nicht besonders kalt war – lagen die Temperaturen auch im Vorlauf (warme Seite, von den Sonden kommend) unter null Grad. Die Ursachen sind nicht bis ins Letzte klar, einige Faktoren habe ich jedoch ausgemacht:

  • Die Sonden waren zu klein dimensioniert, weil sich die früheren Berechnungsformeln als fehlerhaft herausgestellt hatten. Eine neue Berechnung nach dem heutigen Stand ergab fast die doppelte Länge der Erdsonden.
  • Die Sonden waren nicht nach dem heutigen Standard hergestellt. Statt einer Verpressung mit einer speziellen Zementsuspension, die einen guten Wärmeübergang zum Erdreich garantiert, wurde der Raum zwischen dem Erdreich und den Kunststoffrohren nur mit feinem Kies verfüllt. Das verschlechtert den Wärmeübergang und schmälert die Leistung pro Meter Sonde.
  • Der Verteiler, in dem alle Rohre aus den Erdsonden zusammengeführt werden, war nicht mit Systemen zum hydraulischen Abgleich ausgestattet. Dadurch kann nicht verhindert werden, dass eine Sonde stärker belastet wird als die andere.
Das Bild zeigt einen Verteiler mit Vorrichtungen zum hydraulischen Abgleich („Taco-Setter“)

Das Bild zeigt einen Verteiler mit Vorrichtungen zum hydraulischen Abgleich („Taco-Setter“)

Mit den Rohren der Erdsonden gab es keinerlei Probleme, was in Anbetracht der simplen Technik auch nicht verwundert. Undichtigkeiten waren hier nicht zu beobachten. Hingegen waren einige Teile am Verteiler nicht belastbar genug. Mehrere Kugelhähne zum Absperren rissen nach einigen Jahren an der Überwurfmutter, wodurch es zu Undichtigkeiten im Verteiler kam. Der Austausch ist in den beengten Platzverhältnissen eines Verteilerschachtes mühsam. Leider ist mir das zweimal passiert. Aufgefallen ist das durch den Blick auf das Manometer im Solekreis. Da ein Druckabfall in der Heizsaison auftrat, habe ich kurzerhand den normalen Überdruck aus dem System abgelassen. Erfreulicherweise lief die Anlage lange Zeit vollkommen problemlos auch ohne Druck. Ein im System eingebauter Druckschalter, der eigentlich bei Druckabfall die Wärmepumpe ausschalten sollte, hat nicht funktioniert.

Keine Probleme gab es mit dem Frostschutzmittel im Solekreis, das im Gegensatz zu Solaranlagen auch keinem Temperaturstress ausgesetzt wird. Die Mindestkonzentration, die der Hersteller des Mittels vorgibt (häufig 20 Prozent), reicht problemlos aus. Höhere Konzentrationen kosten Geld, sowohl beim Kauf des Mittels, als auch durch mehr Stromaufwand der Umwälzpumpe.

Wie gut läuft die Wärmepumpe?

Die Wärmepumpe (Firma Bartl, Ulm) ist in unserem Passivhaus klein dimensioniert. Zu Beginn war eine Anlage mit Wechselstromantrieb (0,8 kW Stromaufnahme, 3 kW Heizleistung) eingebaut. Die hat nach drei Jahren (natürlich kurz vor Weihnachten) schlapp gemacht. Sie fiel nicht komplett aus, aber die Laufzeiten erhöhten sich erheblich. Das bemerkt aber nur, wer sich die Laufzeit und die Starts an der Maschine ab und zu anschaut und aufschreibt. Alle Wärmepumpen geben diese Informationen preis.

Nach einem Telefonat reagierte der Hersteller sehr kundenfreundlich: Die Probleme mit den Wechselstromantrieben waren bekannt, und uns wurde kostenlos die nächstgrößere Maschine mit Drehstrommotor geliefert (1,1 kW Stromaufnahme, 4,7 kW Heizleistung). Der Umbau war wegen der Schlauchanschlüsse und der identischen Maße einfach, lediglich die Stromversorgung musste auf 3-phasig umgestellt werden. Diese Maschine versieht bis heute ihren Dienst und hatte keinerlei Ausfälle. Wartung ist bei dieser Wärmepumpe überflüssig, was die Betriebskosten entscheidend beeinflusst.

Zur Einstellung der Wärmepumpe gibt jeder Hersteller Hinweise, die unbedingt beachtet werden müssen. Insbesondere die Heizkurve darf nicht zu hoch eingestellt werden. Auch, dass die Wärmepumpe im Gegensatz zum Heizkessel über die Rücklauftemperatur geregelt wird, muss beachtet werden. Die Temperaturfühler werden deshalb im unteren (kälteren) Teil des Speichers angebracht. Wird hier eine zu hohe Temperatur eingestellt, reagiert die Wärmepumpe mit einer Störung (im internen Hochdruckkreis). Das konnte ich einige Male mit der Warmwassertemperatur erleben. Durch eine veränderte Einstellung an der Umwälzpumpe für die Speicherladung konnte das Problem gelöst werden.
Wichtiger Tipp zum Abschluss: Ein eigener Stromzähler für die Wärmepumpe ist kein Luxus, sondern eine Grundausstattung. Das kann ein Unterzähler sein, für den keine Gebühren beim Stromnetzbetreiber anfallen.

Welches Heizungssystem ist geeignet?

Das Heizungssystem muss zur Wärmepumpe passen, weshalb ein Umbau von einer konventionellen Öl-oder Gasheizung im Altbaubestand häufig keinen Sinn macht. Wärmepumpen sollten nicht Temperaturen über 50°Celsius erzeugen müssen, sonst stimmt etwas nicht. Es gibt verschiedene Schaltungsvarianten für die Verbindung der Heizung und der Warmwasserbereitung mit der Wärmepumpe. Ein hydraulischer Abgleich der Heizungsanlage ist sehr wichtig für die Effizienz der Wärmepumpe. In Verbindung mit einem Volumenstrommessgerät (zum Beispiel in einem Wärmemengenzähler) kann der Volumenstrom für einzelne Heizkörper (einer nach dem anderen) sehr genau eingestellt werden.

Zur Grundausstattung einer Wärmepumpenheizung gehören große und gut funktionierende Thermometer sowohl im Heizungskreis, als auch im Solekreis, dazu noch eines in jedem Speicher. Ebenfalls Pflicht ist je ein Manometer für den Solekreis und den Heizungskreis. Kaum Geld kostet eine zusätzliche Wasseruhr in der Kaltwasserleitung zum Warmwasserbereiter. Wer die Anlagenkontrolle verbessern will, baut zusätzlich Wärmemengenzähler ein, die jedoch mit Einbau kaum unter 250 Euro realisiert werden können.

In unserem Haus war eine Anlage mit zwei Speichern eingebaut: Ein Heizungspuffer und ein Warmwasserspeicher. Die Kombination hat sich bewährt. Dennoch wurde in diesem Sommer auf ein System mit einem Speicher umgestellt. Der Grund liegt in der Warmwasserhygiene: Da eine Wärmepumpe keine ausreichende Temperatur für eine sichere Legionellenbekämpfung liefert, habe ich auf eine sogenannte Frischwasserstation  umgebaut. Das ist ein Durchlauferhitzer für Warmwasser, der nicht mit Strom oder Gas, sondern mit Wasser aus der Heizung arbeitet. Es wird kein warmes Trinkwasser bevorratet, sondern es wird stets frisch aus kaltem Wasser hergestellt. Damit ist die Gefahr einer Verkeimung erheblich reduziert. Der Warmwasserspeicher entfällt, weshalb nur noch ein Speicher für Heizungswasser (der so genannte Puffer) gebraucht wird. Der Puffer muss in der Übergangszeit verschiedene Temperaturniveaus bereitstellen: Eine hohe Temperatur für Warmwasser zu machen und eine niedrige Temperatur für die Heizung. Ein schlechter Puffer oder eine fehlerhafte Regelung können hierbei zu Vermischungen führen und die Effizienz der Anlage senken.

Wie kann ich erkenne, ob die Anlage gut arbeitet?

Nicht nur bei Wärmepumpen ist eine regelmäßige Kontrolle der Anlage wichtig. Dazu gehört meines Erachtens unbedingt das Aufschreiben der Messwerte oder Beobachtungen mit Datum und gegebenenfalls Uhrzeit. Dieses Anlagenlogbuch gibt wertvolle Hinweise. Eine Exceltabelle leistet hier sehr gute Dienste. Ich speichere die Wertetabelle in der Dropbox, damit können die Werte auch mit dem Handy eingegeben werden. Eine monatliche Kontrolle zumindest im Winter ist das Minimum, besser ist eine wöchentliche Kontrolle.

Was sollte notiert werden? Erst einmal das, was Geld kostet, also der Stromverbrauch der Wärmepumpe und der Warmwasserverbrauch. An der Maschine selbst können die Laufzeiten und die Anzahl der Starts abgelesen werden. Dazu kommen die Temperaturen und der Druck im Heizungs- und Solekreis. Jede Veränderung an der Einstellung (Heizkurve, Raumtemperatur, Warmwassertemperatur) und jede Störungsmeldung sollte ebenfalls in das Logbuch, damit Effekte überprüft werden können.

Mit diesem Anlagenlogbuch gelingt es aufmerksamen Beobachtern Auffälligkeiten schnell zu erkennen und zu reagieren, bevor es zu ernsten Problemen kommt.

Wie hoch sind die Betriebskosten der Wärmepumpe?

Im Durchschnitt der letzten zehn Jahre betrugen die Betriebskosten der Haustechnik circa. 530 Euro im Jahr (€/a). Damit werden 150 m² Wohnfläche in einem freistehenden Einfamilienhaus beheizt und Warmwasser für 2, 3 Personen erwärmt. Die niedrigen Kosten sind zum größten Teil auf die hohe Qualität des Gebäudes zurückzuführen (Passivhaus). Darin ist auch der Strom für die Lüftungsanlage enthalten (circa 15 Prozent), die durch die Wärmerückgewinnung zur Senkung der Heizkosten beiträgt. Dafür gibt es als Zusatznutzen gratis beste Luftqualität im Haus und besseren Schallschutz (keine offenen Fenster zum Lüften), was im Umfeld des Flughafens ein gewichtiges Argument ist. Die gestiegenen Strompreise haben die Kosten 2015 auf circa 650 €/a erhöht. Ein separater Wärmepumpen-Stromtarif wurde nicht gewählt, bisher macht das bei dem geringen Stromverbrauch der Wärmepumpe (im Mittel 2065 kWh/a) wenig Sinn, da zusätzliche Kosten für den zweiten Zähler anfallen.


Teil 1: Erfahrungsbericht Erdwärmesonden: Warum die Wahrheit erst nach vielen Jahr sichtbar wird.
Teil 2: Erdwärmesonden: Der Weg zur Genehmigung
Teil 3: Erfahrungsbericht Betriebserfahrungen mit Erdwärmesonden


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