Technische Informationen

Erdwärmesonden und Erdregister

Allgemeines
Über einen geschlossenen Kreislauf «entziehen» Erdwärmesonden und Erdregister dem Untergrund Wärme. Als Wärmeträgerflüssigkeit dient dabei mit Frostschutz angereichertes Wasser. Die gewonnene Wärme wird mit Hilfe einer Wärmepumpe auf die zur Raumheizung und allenfalls zur Wassererwärmung benötigte Temperatur angehoben. Die Länge von heute gebräuchlichen Erdwärmesonden variiert zwischen 50 m und 250 m, womit eine von der Tages- und Jahreszeit unabhängige Temperatur erreicht wird. Beispielsweise herrscht in einer Tiefe von 200 m eine konstante Temperatur von etwa 17 °C. Dies erlaubt, Wärmepumpen auch im Winter – bei tiefen Aussentemperaturen – zu betreiben. Zur Einhaltung der Luftreinhalteverordnung gewinnen Erdwärmesonden auch bei der Sanierung von alten Heizanlagen an Bedeutung. Da Erdregister in der Regel nur bis in eine Tiefe von 1,5 m bis 3 m verlegt werden, ist bei dieser Art der Wärmenutzung vor allem das Klima ausschlaggebend. Das Erdreich dient dann sozusagen als Speicher für die von der Sonne gelieferte Energie. Die rein geothermische Energie spielt bei Erdregistern eine untergeordnete Rolle. Den Erdregistern können, je nach topographischer Höhenlage, 20 W bis 30 W pro m²Wärmeenergie entzogen werden.
			Konstruktion einer Erdwärmesonde:Einbringen von U-Rohrschleifen in das Bohrloch (Quelle: Foralith AG, Gossau)

			Bohrung für eine Erdwärmesonde. Die Länge von heute gebräuchlichen Sonden variiert zwischen 50 m und 250 m (Quelle: Grundag AG, Gossau)

Was trägt zur weiten Verbreitung der Erdwärmesonden bei?

	Die für Erdwärmesonden geeigneten klimatischen Verhältnisse des schweizerischen Mittellandes: lange Heizperioden mit Lufttemperaturen um 0 °C, wenig Sonnenschein und bei gesättigtem Erdreich schon in geringer Tiefe natürliche Bodentemperaturen zwischen 10 °C und 12 °C.
	Erdwärmesonden und Erdregister werden dezentral installiert, können also an die jeweiligen individuellen Bedürfnisse angepasst werden. Kostspielige Nahwärmenetze entfallen in der Regel.
	Geringe Betriebskosten; es fallen keine Heizöl- oder Gaskosten an, kein Brenner- und Kesselservice und keine Kaminfeger- und Abgaskontrollen beziehungsweise Tankreinigungen.
	Erdwärmesonden-Anlagen sind im Betrieb emissionsfrei. Damit tragen sie zur CO₂-Reduktion in der Atmosphäre bei.
	Keine Verkehrsbelastung und geringes Unfallrisiko, da der Transport von Rohstoffen zu den Verbrauchern entfällt und nicht mit gefährlichen Stoffen umgegangen wird – das Betriebsmittel ist «Wasser».
	Relativ freie Standortwahl und geringer Platzbedarf im Haus. Eine Anlage für ein Einfamilienhaus benötigt in etwa die Standfläche einer Waschmaschine. Der Platz für einen Öltank kann anderweitig verwendet werden.
	Sehr lange Lebensdauer der Erdwärmesonden (nach heutigen Berechnungen weit über 100 Jahre).
	Durch die konstante Erdreichtemperatur wird bei korrekter Dimensionierung eine gute Jahresarbeitszahl und eine lange Lebensdauer der Wärmepumpe erreicht. Auf den Service einer Erdwärmesonden-Wärmepumpe kann weitgehend verzichtet werden, was zu geringen Betriebskosten beiträgt.
	Bei kleineren bis mittleren Anlagen ist in der Regel keine thermische Aufladung erforderlich. Die Regeneration erfolgt selbständig und kontinuierlich. Grosse Anlagen können gegebenenfalls mit einfachen Mitteln – z.B. Sonnenkollektoren – thermisch aufgeladen werden.

Wichtige Grössen zur Dimensionierung von Erdwärmesonden

	Art des Erdreichs: Der wichtigste Faktor bei der Auslegung einer Erdwärmesonde ist die Wärmeleitfähigkeit des Untergrundes. Je höher die Wärmeleitfähigkeit, desto höher kann die Entzugsleistung sein (Tabelle).
	Natürliche Bodenfeuchtigkeit: Sie verbessert die Wärmeleitfähigkeit und garantiert einen guten Kontakt zwischen der Sonde und dem Erdreich.
	Grundwasser: Befindet sich eine Erdwärmesonde in Grundwasser mit einer Fliessgeschwindigkeit von mehr als einigen Zentimetern pro Tag, so steigt die nutzbare Wärmemenge beträchtlich an.
	Sondenmaterial: Dank ihrer relativ einfachen Handhabung und der guten Korrosionsbeständigkeit haben sich preisgünstige Kunststoffrohre aus Polyethylen als Sondenmaterial durchgesetzt. Die Wandstärke sollte vom thermischen Standpunkt aus gesehen so gering wie möglich sein, muss aber genügend stark sein, um dem herrschenden Erddruck standzuhalten.

Erfahrungswerte zur «Grobdimensionierung» einer Erdwärmesonden-Anlage in unterschiedlichen Gesteinsarten. Die Werte gelten nur für das Schweizer Mittelland, wobei mit maximal 1800 Jahresbetriebsstunden gerechnet wird. Sie können aufgrund der Meereshöhe und der lokalen Gesteinsausbildung wie Klüftung und Verwitterung erheblich abweichen
(JAZ = Jahresarbeitszahl)

Erdwärmesonden: Grobdimensionierung

Untergrund	Wärmeleitfähigkeit	Spezifische Entzugsleistung	Erdwärmesondenlänge pro kW Heizleistung (m)
	(W/m K)	(W/m)	JAZ = 3	JAZ = 3,5
Festgestein mit hoher Wärmeleitfähigkeit	> 3,0	70	19,5	10
Festgesteine oder wassergesättigte Lockergesteine	1,5 bis 3,0	50	13	14
Schlechter Untergrund (trockenes Lockergestein)	< 1,5	20	33	36
Kies, Sand, wasserführend	1,8 bis 2,4	55 bis 65	10 bis 12	11 bis 13
Ton, Lehm, feucht	1,7	30 bis 40	17 bis 22	18 bis 24
Kies, Sand, trocken	0,4	< 20	> 33	> 36
Kalkstein, massiv	2,8	45 bis 60	11 bis 15	12 bis 16
Sandstein	2,3	55 bis 65	10 bis 12	11 bis 13
Granit	3,4	55 bis 70	9,5 bis 12	10 bis 13
Basalt	1,7	35 bis 55	12 bis 19	13 bis 20
Gneis	2,9	60 bis 70	9,5 bis 11	10 bis 16