Sole-Wasser-Wärmepumpe: Heiztechnik mit Erdwärme
Sole-Wasser-Wärmepumpen nutzen die im Erdreich gespeicherte Wärme, um Wohnräume zu beheizen und Warmwasser bereitzustellen. Dank der konstanten Bodentemperaturen arbeiten sie besonders effizient und sind eine nachhaltige Alternative zu fossilen Heizsystemen.
Doch wie funktionieren sie genau, welche Vor- und Nachteile bieten sie, und was ist bei der Installation zu beachten?
Das Wichtigste in Kürze
- Dank konstanter Erdtemperaturen arbeitet die Sole-Wasser-Wärmepumpe besonders effizient und senkt langfristig die Heizkosten.
- Die Nutzung von Erdwärme reduziert CO₂-Emissionen und macht unabhängiger von fossilen Brennstoffen.
- Erdsonden sind platzsparender und effizienter, während Erdkollektoren kostengünstiger, aber flächenintensiver sind.
- Durch Eigenstromnutzung kann der Betrieb der Wärmepumpe noch wirtschaftlicher gestaltet werden.
- Staatliche Zuschüsse und eine Lebensdauer von bis zu 30 Jahren machen die Investition zukunftssicher.
Funktionsweise einer Sole-Wasser-Wärmepumpe
Prinzip der Erdwärmenutzung
Sole-Wasser-Wärmepumpen nutzen die im Erdreich gespeicherte Wärme, um sie für die Beheizung von Gebäuden und die Warmwasserbereitung nutzbar zu machen. Da die Temperaturen im Boden über das Jahr hinweg weitgehend konstant bleiben, bieten sie eine zuverlässige und effiziente Wärmequelle.
Über ein geschlossenes Rohrsystem, das mit einem Solegemisch gefüllt ist, wird die Erdwärme aufgenommen und zur Wärmepumpe transportiert. Dort wird die Energie durch einen Wärmetauscher an das Kältemittel abgegeben, das verdampft und im Verdichter auf ein höheres Temperaturniveau gebracht wird. Anschließend gibt es die Wärme an das Heizsystem ab, bevor der Kreislauf erneut beginnt.
Bestandteile und technische Komponenten
Eine Sole-Wasser-Wärmepumpe besteht aus mehreren essenziellen Komponenten:
- Erdsonden oder Erdkollektoren: Diese Rohrsysteme entziehen dem Boden Wärme und leiten sie an das Wärmepumpensystem weiter.
- Solekreislauf: Ein geschlossenes System mit einer frostsicheren Flüssigkeit (Sole), die als Wärmeüberträger fungiert.
- Verdampfer: Überträgt die aufgenommene Erdwärme auf das Kältemittel, das dadurch verdampft.
- Verdichter: Erhöht den Druck des verdampften Kältemittels, wodurch dessen Temperatur ansteigt.
- Kondensator: Gibt die Wärme an das Heizsystem ab und sorgt dafür, dass das Kältemittel wieder verflüssigt wird.
- Expansionsventil: Senkt den Druck des Kältemittels, wodurch es wieder in seinen Ausgangszustand zurückkehrt und der Zyklus erneut beginnt.
Effizienzfaktoren und Jahresarbeitszahl
Die Effizienz einer Sole-Wasser-Wärmepumpe wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst:
- Bodenbeschaffenheit: Feuchte Böden mit guter Wärmeleitfähigkeit bieten bessere Bedingungen als trockene, sandige Böden.
- Dimensionierung: Eine korrekt ausgelegte Wärmepumpe verhindert unnötige Energieverluste und optimiert die Wärmegewinnung.
- Wärmequelle: Erdsonden liefern in der Regel eine konstantere Wärme als flach verlegte Erdkollektoren, sind jedoch mit höheren Installationskosten verbunden.
- Jahresarbeitszahl (JAZ): Gibt an, wie viel Heizenergie im Verhältnis zum eingesetzten Strom erzeugt wird. Eine JAZ von 4 bedeutet beispielsweise, dass die Wärmepumpe aus einer Einheit Strom vier Einheiten Wärme erzeugt
Vorteile und Nachteile
Vorteile
- Hohe Effizienz durch konstante Erdtemperaturen
- Geringe Betriebskosten nach der Installation
- Umweltfreundlich durch Nutzung erneuerbarer Energie
- Lange Lebensdauer der Anlage
- Unabhängigkeit von schwankenden Energiepreisen
Nachteile
- Hohe Investitionskosten durch Erdarbeiten
- Notwendigkeit einer geologischen Untersuchung
- Flächenbedarf für Erdkollektoren oder Bohrungen für Erdsonden
- Genehmigungspflicht in manchen Regionen
Planung und Installation
Voraussetzungen für den Einsatz
Bevor eine Sole-Wasser-Wärmepumpe installiert wird, sind verschiedene Faktoren zu prüfen. Dazu gehören die Bodenbeschaffenheit, die verfügbare Fläche und die geologischen Gegebenheiten des Standorts.
Erdkollektoren vs. Erdsonden: Unterschiede & Einsatzmöglichkeiten
Sole-Wasser-Wärmepumpen können entweder mit Erdkollektoren oder mit Erdsonden betrieben werden.
Erdkollektoren bestehen aus horizontal verlegten Rohren, die in etwa 1,2 bis 1,5 Metern Tiefe im Boden verlaufen. Sie benötigen eine große Fläche, sind jedoch kostengünstiger in der Installation.
Erdsonden werden vertikal in den Boden gebohrt und reichen je nach Bedarf bis zu 100 Meter tief. Sie ermöglichen eine effizientere Wärmenutzung, benötigen jedoch eine Genehmigung und sind mit höheren Bohrkosten verbunden.
Platzbedarf und Standortwahl
Die Wahl des Standorts ist entscheidend für die Effizienz und Lebensdauer der Anlage. Erdkollektoren erfordern eine ausreichend große unbebaute Fläche, während Erdsonden einen geeigneten Platz für die Bohrungen benötigen. Dabei müssen Mindestabstände zu Gebäuden, Grundstücksgrenzen und Versorgungsleitungen eingehalten werden. Zusätzlich ist darauf zu achten, dass keine tiefwurzelnden Pflanzen den Solekreislauf beschädigen.
Genehmigungen und rechtliche Vorgaben
In Deutschland unterliegt die Installation von Erdsonden strengen Genehmigungspflichten. Vor allem wenn Wasserschutzgebieten involviert sind, ist die Gesetzeslage sehr penibel. Sie schreibt eine geologische Untersuchung vor, um das Grundwasser im Zuge des Bohrverfahrens vor negativen Auswirkungen zu schützen.
Erdkollektoren hingegen sind meist genehmigungsfrei, müssen aber gemäß den baurechtlichen Vorschriften verlegt werden. Es empfiehlt sich, frühzeitig mit den zuständigen Behörden Kontakt aufzunehmen, um Verzögerungen zu vermeiden.
Sole-Wasser-Wärmepumpen und Photovoltaik
Kombination von Wärmepumpe und PV-Anlage
Wärmepumpen und PV-Anlagen sind ein Dreamteam, da sie im Verbund die Nutzung erneuerbarer Energien maximieren. Während die Sole-Wasser-Wärmepumpe die konstante Erdwärme nutzt, liefert die PV-Anlage den benötigten Strom.
Dadurch kann der Anteil des selbst erzeugten und genutzten Stroms deutlich gesteigert werden. So lässt sich die Abhängigkeit vom Netzstrom reduzieren, was wiederum langfristig Kosten spart.
Optimierung des Eigenverbrauchs durch Solarstrom
Eine intelligente Steuerung ermöglicht es, den Betrieb der Wärmepumpe an die Stromproduktion der PV-Anlage anzupassen. So kann beispielsweise überschüssiger Solarstrom gezielt zur Beheizung eines Pufferspeichers genutzt werden. Dadurch wird der Eigenverbrauch maximiert und der Bezug von teurem Netzstrom minimiert
Wirtschaftlichkeit und Einsparpotenziale
Die Kombination von Sole-Wasser-Wärmepumpe und Photovoltaik führt zu einer deutlichen Reduzierung der laufenden Energiekosten. Da der Eigenverbrauchsanteil steigt, amortisieren sich die Investitionskosten schneller.
Durch die langfristige Nutzung erneuerbarer Energien wird nicht nur der Geldbeutel geschont, sondern auch ein aktiver Beitrag zur Reduzierung von CO₂-Emissionen geleistet.
Sole-Wasser-Wärmepumpe: Wirtschaftlichkeit & Förderung
Anschaffungskosten und Betriebskosten
Die Investitionskosten für eine Sole-Wasser-Wärmepumpe setzen sich aus mehreren Faktoren zusammen. Neben der eigentlichen Wärmepumpe fallen Kosten für die Erschließung der Wärmequelle an – also für die Verlegung von Erdkollektoren oder Bohrungen für Erdsonden.
Während diese Anfangsinvestitionen vergleichsweise hoch sind, überzeugen Sole-Wasser-Wärmepumpen durch niedrige Betriebskosten. Da sie Erdwärme als primäre Energiequelle nutzen, benötigen sie nur wenig elektrische Energie für den Antrieb des Systems. Dadurch sind sie deutlich günstiger im Unterhalt als fossile Heizsysteme.
Vergleich mit anderen Heizsystemen
Im Vergleich zu Öl- oder Gasheizungen bieten Sole-Wasser-Wärmepumpen langfristig erhebliche Einsparpotenziale. Sie arbeiten besonders effizient, da die Temperaturen im Erdreich über das gesamte Jahr relativ konstant bleiben.
Im Gegensatz zu Luft-Wasser-Wärmepumpen haben sie keine großen Effizienzverluste bei niedrigen Außentemperaturen. Zudem sind sie umweltfreundlicher als herkömmliche Heizsysteme, da sie keine direkten CO₂-Emissionen verursachen. Trotz der höheren Anfangsinvestition gleichen sich die Kosten durch niedrige laufende Aufwendungen und mögliche Förderungen aus.
Fördermöglichkeiten in Deutschland
In Deutschland gibt es attraktive Förderprogramme für Sole-Wasser-Wärmepumpen. Die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) bietet sowohl Zuschüsse als auch zinsgünstige Kredite über die KfW oder das BAFA. Besonders gefördert werden Systeme, die mit erneuerbarem Strom betrieben werden – etwa in Kombination mit einer Photovoltaikanlage.
Zusätzlich existieren regionale Förderungen durch Länder und Kommunen, die den Einbau finanziell unterstützen. Eine frühzeitige Recherche und Antragstellung ist empfehlenswert, um alle verfügbaren Zuschüsse optimal zu nutzen.
Wartung und Lebensdauer
Regelmäßige Wartung und Pflege
Sole-Wasser-Wärmepumpen gelten als äußerst wartungsarm, dennoch darf eine regelmäßige Überprüfung nicht vernachlässigt werden. Effizienzverluste und vorzeitigen Verschleiß sollen schließlich vermieden werden.
Mindestens einmal jährlich sollte eine Inspektion durch einen Fachbetrieb erfolgen. Dabei werden unter anderem folgende Punkte überprüft:
- Dichtheit des Solekreislaufs: Ein zu niedriger Füllstand oder Leckagen können die Wärmeübertragung beeinträchtigen.
- Filter und Wärmetauscher: Ablagerungen können die Effizienz senken und sollten regelmäßig gereinigt werden.
- Kältemittelkreislauf: Eine Kontrolle des Drucks und der Temperaturen stellt sicher, dass die Wärmepumpe optimal arbeitet.
- Elektronische Steuerung: Die Einstellungen der Wärmepumpe sollten an den individuellen Wärmebedarf angepasst werden, um unnötigen Energieverbrauch zu vermeiden.
Zusätzlich ist es sinnvoll, den Solekreislauf alle paar Jahre auf seine Frostschutzfähigkeit zu prüfen. Sollte die Soleflüssigkeit an Wirksamkeit verlieren, kann eine Nachbefüllung oder ein Austausch notwendig sein.
Lebensdauer der Komponenten und Austauschintervalle
Eine fachgerecht installierte und gut gewartete Sole-Wasser-Wärmepumpe kann eine Lebensdauer von 20 bis 30 Jahren erreichen. Dabei gibt es Unterschiede in der Haltbarkeit der einzelnen Komponenten:
- Wärmepumpeneinheit: Die Hauptkomponenten wie Verdichter, Wärmetauscher und Expansionsventil haben eine durchschnittliche Lebensdauer von 15 bis 25 Jahren. Hochwertige Modelle und regelmäßige Wartung können diesen Zeitraum verlängern.
- Solekreislauf: Die im Erdreich verlegten Rohre (Erdsonden oder Erdkollektoren) sind äußerst langlebig und halten meist über 50 Jahre. Sie sind in der Regel wartungsfrei, solange keine mechanischen Schäden auftreten.
- Pumpen & Sensoren: Diese kleineren Komponenten können je nach Hersteller und Nutzungshäufigkeit nach 10 bis 15 Jahren verschleißen und sollten rechtzeitig ersetzt werden.
Fazit
Sole-Wasser-Wärmepumpen sind eine zukunftssichere Lösung für nachhaltiges Heizen. Trotz hoher Anfangsinvestitionen profitieren Nutzer von niedrigen Betriebskosten, hoher Effizienz und langfristiger Versorgungssicherheit. Vor allem in Kombination mit einer Photovoltaikanlage entfalten Sole-Wasser-Wärmepumpen ihr volles Potenzial.
FAQ
Die erforderliche Bohrtiefe hängt vom Wärmebedarf des Gebäudes und der Bodenbeschaffenheit ab. In der Regel reichen die Bohrungen für Erdsonden zwischen 50 und 100 Meter tief. Bei besonders hohem Wärmebedarf können auch Tiefen bis zu 200 Metern erforderlich sein. Die genaue Tiefe wird anhand der Wärmeleitfähigkeit des Bodens berechnet.
Ja, viele Sole-Wasser-Wärmepumpen können im Sommer zur passiven oder aktiven Kühlung genutzt werden. Bei der passiven Kühlung wird das Heizsystem mit dem Erdreich verbunden. Mithilfe der natürlichen Kühle des Bodens wird dann die Raumtemperatur gesenkt – ganz ohne zusätzliche Energie. Im Rahmen der aktiven Kühlung arbeitet die Wärmepumpe im umgekehrten Modus und entzieht den Räumen gezielt Wärme. Die Methode verbraucht mehr Strom, bietet aber eine stärkere Kühlleistung.
Die Effizienz der Sole-Wasser-Wärmepumpe hängt maßgeblich von der Wärmeleitfähigkeit des Bodens ab.
- Feuchte Lehmböden und tonhaltige Böden sind sehr gut geeignet, da sie Wärme gut speichern.
- Sandige Lehmböden und Mischböden mit hohem Wasseranteil sind ebenfalls gut geeignet.
- Trockene, sandige Böden oder Felsuntergründe mit geringer Wärmeleitfähigkeit sind dagegen nicht geeignet. In solchen Fällen sind tiefere Bohrungen erforderlich, um genügend Wärme zu gewinnen.
Die Dauer der Installation variiert je nach Aufwand und gewähltem System:
- Erdkollektoren: Die Verlegung nimmt etwa 3 bis 5 Tage in Anspruch, abhängig von der Grundstücksgröße und den Bodenverhältnissen.
- Erdsonden: Die Bohrarbeiten dauern in der Regel 1 bis 3 Tage pro Sonde. Hinzu kommt der Anschluss an die Wärmepumpe, der nochmals einige Tage beanspruchen kann.
Insgesamt kann die vollständige Installation einer Sole-Wasser-Wärmepumpe 1 bis 3 Wochen dauern.
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