Rudi Schmidt, Maschinenbautechniker und Konstruktionsleiter beim Wärmepumpenhersteller alpha innotec, hat bereits 1997 sein Einfamilienhaus mit einer Sole- / Wasser-Wärmepumpe, auch Erdwärmepumpe genannt, ausgestattet – damals eine Pionierleistung.
Erdwärme zur umweltfreundlichen Wärmeversorgung von Gebäuden ist inzwischen etabliert. Die Wärmepumpe nutzt den konstanten Energiefluss im Untergrund und bringt die dort herrschende Temperatur – in Mitteleuropa je nach Region etwa 10 °C – auf das Niveau des Heizsystems. Diese Arbeit verrichten Wärmepumpen mittlerweile so effizient, dass sie aus 1 kW Strom bis zu 5 kW Heizenergie machen.
Fast unerschöpfliche Energiequelle
Die Energie aus der Erde kommt übrigens nicht, wie landläufig angenommen, vorwiegend aus dem heißen Erdkern, sondern entsteht zum Großteil durch natürliche Zerfallsprozesse in Erdmantel und Erdkruste. In den ersten 2 m unter der Oberfläche kommt noch die gespeicherte Sonnenwärme hinzu. Allein in den ersten 3 km Tiefe der Erdkruste steckt ein Energiepotential, das den gesamten heutigen Energiebedarf der Menschheit für rund hunderttausend Jahre sichern kann.
Wird diese Energie nicht genutzt, steigt sie an die Oberfläche, um sich schließlich im Weltall zu verlieren: Unser Planet strahlt täglich etwa viermal so viel Energie in den Weltraum ab, als die Menschheit derzeit an Energie verbraucht.
Drei Gewinnungsprinzipien
Um die Energie aus dem Untergrund zu nutzen, gibt es im Prinzip drei Systeme:
Neben ihrer hohen Effizienz haben Erdwärmepumpen einen weiteren Vorteil: Ihr Energiezulieferer – also Brunnen, Sonde oder Kollektor – erreichen nach Prognosen eine Haltbarkeitsdauer von 80 bis 100 Jahren und arbeiten praktisch wartungsfrei.
Bild: Rudi Schmidt
Lohnende Investition
Die Investition im Hause Schmidt hat sich gelohnt. Die Erdwärmepumpe arbeitete 18 Jahre lang problemlos und versorgte die vierköpfige Familie über ihre Fußbodenheizung mit umweltfreundlicher und kostengünstiger Heizenergie. Deshalb war es für Rudi Schmidt keine Frage, dass er sich bei der Modernisierung seiner Heizung im Jahr 2015 auch wieder für eine Sole-/Wasser-Wärmepumpe entschied. Schließlich war die Primärenergiequelle Erdwärme bereits erschlossen.
Da das Grundstück 960 m² groß ist, wurde seinerzeit keine Erdsonde gewählt, sondern in etwa 1,2 m Tiefe eine rund 600 m² große Kollektorfläche verlegt. Das ist für den Heizenergiebedarf von maximal 7 kWh mehr als ausreichend. Umso mehr, als die Wärmepumpentechnik inzwischen erhebliche Fortschritte gemacht hat: Als 2015 die Erneuerung anstand, wurde bei den Schmidts eine damals neuartige drehzahlgeregelte Wärmepumpe eingebaut, eine SWCV 62 K 3 von alpha innotec.
Drehzahlgeregelte Wärmepumpen, frequenz- oder invertergeführte Geräte, richten ihre Wärmeleistung immer am aktuellen Bedarf des Gebäudes bzw. seiner Bewohner aus. Anders als bei herkömmlichen Wärmepumpen, die nur zwei Betriebszustände kennen – Ein oder Aus –, steuert hier der installierte Inverter die Drehzahl des Kompressors flexibel. Dadurch arbeitet das Gerät immer am optimalen Betriebspunkt, was seine Energieeffizienz deutlich steigert.
Passive Kühlung
Mit dem installierten Heizsystem kann das Gebäude bei Bedarf auch gekühlt werden. Dabei nutzt das System eine Möglichkeit, die nur Erdwärmepumpen haben, nämlich die passive oder natürliche Kühlung. Dabei wird die Wärme im Haus, die sich auch in den wasserführenden Leitungen der Fußbodenheizung befindet, in die Erdsonden oder in diesem Fall in den Erdkollektor abgeführt. Strom wird dabei nur für die beiden Umwälzpumpen benötigt, die den Sole- und Heizwasserkreislauf in Gang halten. Die Wärmepumpe bleibt inaktiv. Diese Form des Kühlens ist deshalb besonders energiesparend.
Außerdem hat die passive Kühlung einen durchaus erwünschten Nebeneffekt: Im Sommer wird dem Erdreich Wärme zugeführt – und zwar genau dort, wo sie ab Herbst wieder zum Heizen gebraucht wird. Dabei können sich im Erdreich Zonen mit leicht erhöhter Temperatur ausbilden. Sie können gegen Ende des Sommers den Effekt der passiven Kühlung eventuell ein wenig senken. Auf der anderen Seite liefern sie der Erdwärmepumpe in den ersten Wochen der Heizperiode mehr Wärmeenergie, machen sie also effizienter. Wie nachhaltig dieser Wärmeeintrag ist, hängt von der Beschaffenheit des Erdreichs und von eventuellen Strömungen des Grundwassers ab.
Natürlich funktioniert die Warmwasserbereitung für Küche und Bad bei der Kühlung weiter – unabhängig vom Kühleffekt.
Zudem haben die Schmidts ihr Haus von Anfang an auf möglichst wenig Energieverbrauch ausgelegt. Dazu wurde beispielsweise im Erdgeschoss die Überdachung so konzipiert, dass sich die dortigen Räume im Sommer kaum durch direkte Sonneneinstrahlung aufheizen. Deshalb wird die Kühlfunktion der Wärmepumpe faktisch nur für das Obergeschoß benötigt.
Strom vom eigenen Dach
Aktuell hat Rudi Schmidt die PV ready-Funktion seiner Wärmepumpe aktiviert: Seit Herbst 2019 deckt er einen großen Teil seines Strombedarfs mit der hauseigenen Photovoltaikanlage ab. Deren Kapazität liegt bei knapp 10 kW peak. Von den rund 1700 kWh Ertrag zwischen Herbst 2019 und März 2020 wurden etwa 1000 kWh im Einfamilienhaus direkt verbraucht, davon sind rund 60 Prozent direkt an die Wärmepumpe geflossen.
Wenn die Sonne scheint, läuft die Wärmepumpe voll mit PV-Strom. Die produzierte Wärme fließt zu hundert Prozent in die Fußbodenheizung, denn außer dem 400 l-Brauchwarmwasserspeicher gibt es keinen Pufferspeicher. Der wird laut Schmidt nicht benötigt, weil das Haus Ziegelmauern hat, auf denen Kalkputz aufgebracht ist. Dadurch fungiert das Haus selbst, nämlich die Fußbodenheizung und die Mauern, als Speicher, was vollkommen ausreichend sei.
Inzwischen denkt man bei den Schmidts schon über die nächsten Schritte nach, um den häuslichen Energieverbrauch weiter zu optimieren. So wurde bereits ein SmartHome-System installiert, das den Energiefluss für jeden Raum einzeln steuert und die Ventile bedarfsgerecht öffnet und schließt. Außerdem könnte eine Windkraftanlage auch nachts Strom liefern, für die Wärmepumpe und den sonstigen Bedarf.
Jedenfalls will Familie Schmidt auf Sicht ihren Energiebedarf nach Möglichkeit komplett aus regenerativen Quellen decken.
Technische Merkmale
Dies sind die wichtigsten Merkmale der verbauten Wärmepumpe alpha innotec SWCV 62 K 3
Bild: Rolling Rotors / Grab
