Letzte Aktualisierung: 21.10.2020

Erdwärmeheizung: Technik, alle Kosten & aktuelle Zuschüsse

  • Eine Erdwärmeheizung nutzt die Umweltenergiequelle "Erdwärme", um mit Hilfe einer strombetriebenen Sole/Wasser-Wärmepumpe ("Erdwärmepumpe") nutzbare Heizwärme häufig im niederen und mittleren Temperaturbereich zu erzeugen. Wird Ökostrom verwendet, ist sie vollkommen CO2-frei.
  • Eine Erdwärmeheizung nutzt dazu i.d.R. vertikal bis zu 100 Metern Tiefe in das Erdreich gebohrte Erdwärmesonden oder vertikal auf dem Grundstück verlegte Flächenkollektoren. Eine Sonderform der Erdwärmeheizung stellt die Grundwasser-Nutzung dar.
  • Da auch im Winter konstante Erdwärmetemperaturen nutzbar sind, erreicht die Erdwärmeheizung mit einer Jahresarbeitszahl (JAZ) von 4 eine vergleichsweise hohe Effizienz und liegt im Mittelfeld zwischen Luftwärme- und Wasserwärme-Heizung.
  • Die hohe und konstante Effizienz der Erdwärmeheizung führt zu einer Amortisation der Mehrkosten für die Erdwärmetauscher im Einfamilienhaus-Bereich von rund 10 Jahren. Dazu muss berücksichtigt werden, dass die Lebensdauer der Erdwärmetauscher häufig mit rund 50 Jahren angegeben werden.
  • Beim Einbau einer Erdwärmeheizung erhalten Hauseigentümer seit Januar 2020 35 % der Investitionskosten als Zuschuss vom Staat zurück. Wird eine Ölheizung ersetzt, gibt es eine Ölheizung-Austauschprämie von 45 % der gesamten Kosten der Erdwärmeheizung.

Die Wärmepumpe: So wird Erdwärme zu Heizungswärme

Eine Erdwärmeheizung arbeitet im Prinzip wie ein Kühlschrank – nur im umgekehrten Betrieb: Eine Erdwärmepumpe entzieht dem Untergrund Wärme und gibt diese dann mit einer höheren, nutzbaren Heiztemperatur an das Haus ab. Zur Gewinnung der Erdwärme wird zunächst meist ein (Erd-)Wärmetauscher eingesetzt.

Dabei zirkuliert Wasser oder eine Wärmeträgerflüssigkeit - die sogenannte Sole, ein Wasser-Glykol-Gemisch, damit es nicht einfriert - in einem geschlossenen Rohrsystem im Untergrund. Erdwärme wird so aus dem Boden zur Wärmepumpe transportiert, die Sole fließt dann abgekühlt zurück und erwärmt sich auf dem Weg durch das Rohrsystem von Neuem. Bei einem Brunnensystem zirkuliert das Grundwasser in zwei Brunnen (Saug- und Schluckbrunnen).

Die so gewonnene Erdwärme wird an der Oberfläche über einen Wärmetauscheran die Wärmepumpe der Erdwärmeheizung abgegeben. In der Erdwärmepumpe zirkuliert ein Arbeitsmittel, ein Kältemittel. Die über den Wärmetauscher herangeführte Erdwärme mit einer Temperatur von 10°C bis 12°C reicht aus, um das zunächst flüssige Kältemittel der Wärmepumpezum Verdampfen zu bringen.

Das verdampfte Kältemittel wird nun in einem Kompressor stark verdichtet. Durch den höheren Druck steigt auch die Temperatur deutlich an. Nach Verlassen des Kompressors gibt das nun sehr heiße Kältemittel seine für den Heizbetrieb jetzt ausreichende Wärme an das Heizungssystem ab, wobei es sich abkühlt und wieder verflüssigt.

Durch ein Expansionsventil tritt es dann wieder in den Niederdruckbereich ein, wodurch es weiter abkühlt. So kann es wieder Wärme aus der Erde aufnehmen und der Kreislauf kann von vorne beginnen.

Bohr- und Verlegetechniken: So gewinnen Sie Erdwärme

Erdwärme eignet sich besonders gut als Wärmelieferant für entsprechende Heizungen, da das Erdreich viel thermische Energie speichert und häufig durch Grundwasserströmungen ganzjährig konstante Temperaturen bietet - was zu einer hohen Effizienz des Systems führt.

Zur Erschließung des Erdreichs gibt es zwei Varianten:

Erdwärmesonden

Erdsonden werden vertikal in die Erde gebohrt, in der Regel bis zu 100 Meter tief. Auch tiefere Bohrungen sind möglich, bedürfen aber zumeist zusätzlicher (bergrechtlicher) Genehmigungen.

Ausschlaggebend für die Gesamtbohrmeter wie auch für die ideale Tiefe der Bohrungen ist die Wärmeabgabefähigkeit – die sogenannte Wärmeleitfähigkeit - des vorhandenen Erdreichs:

Sandiger Boden mit hohem Anteil Feuchtigkeit liefert deutlich mehr Energie als felsiges, trockenes Gestein.

Deswegen kann es bei einem Vorhaben sinnvoll sein, zwei Bohrungen zu je 90 Meter zu realisieren, bei einem anderen Vorhaben sind drei Bohrungen mit je 60 Meter Tiefe besser - obwohl in beiden Fällen dem Erdreich letztendlich auf einer Strecke von 180 Metern Wärme entzogen wird.

Für die Errichtung einer 100 m-Bohrung wird unter normalen Verhältnissen nicht viel mehr als ein Arbeitstag benötigt. Ein weiterer Tag sollte für die horizontale Anbindung an die Erdwärmeheizung und die Befüllung mit Sole gerechnet werden. Zur Qualitätssicherung und zum Nachweis der Dichtigkeit des Systems werden Druckprüfungen durchgeführt.

Da bei Erdwärmesonden der Grundwasserschutz tangiert wird, kann es sein, dass sie nur in Verbindung mit behördlichen Auflagen genehmigt werden. In solchen Sonderfällen (z.B. in unmittelbarer Nähe von Wasserschutzgebieten) können die Sonden der Erdwärmeheizung alternativ auch mit reinem Wasser betrieben werden. Muss auf Glykol verzichtet werden, so sind aufgrund der begrenzten Entzugstemperatur (Gefahr der Eisbildung und Beschädigung der Anlage) jedoch mehr Bohrmeter und höhere Kosten in Kauf zu nehmen.

Erdwärmekollektoren

Neben Erdwärmesonden stellen Flächenkollektoren, Erdkörbe oder Energiezäune weitere Wärmetauschersysteme dar. Für sie ist keine Bohrung nötig, sondern sie werden mit einem Bagger oberflächennah in das Erdreich eingebracht.

Die vielfach genutzten Flächenkollektoren werden horizontal in einer Tiefe von 1,50 bis 2,50 Metern unter der Erdoberfläche eingebracht. Insbesondere Flächenkollektoren sind aufgrund ihrer geringen Verlegetiefe – wenngleich frostfrei – abhängiger von saisonalen Temperaturunterschieden.

Denn diese Systeme nutzen vor allem die Sonnen- und Niederschlagswärme, die in wärmeren Zeiten in das Erdreich gelangt. Deshalb ist bei ihrem Bau darauf zu achten, dass die Fläche über den Wärmetauschern nicht bebaut oder versiegelt ist, damit sich das Erdreich auch thermisch regenerieren kann.

Der Flächenbedarf dieser Systeme ist dabei höher als der einer Erdwärmesonde. Vorteilhaft ist jedoch, dass der Bau der oberflächennahen Wärmetauscher kostengünstiger sein kann und sie in der Regel auch in Grundwasserschutzgebieten ohne Auflagen einsetzbar sind.

Es ist aber zu beachten, dass die Temperatur in den oberen Bodenschichten während des größten Teils der Heizperiode ca. 3 bis 5 °C kühler ist als in der Tiefe einer Erdwärmesonde. Dadurch ist eine Erdwärmeheizung mit oberflächennahen Kollektoren etwa 10 % weniger effektiv als eine Erdwärmeheizung mit Sonde/n.

Limitierender Faktor ist die zur Verfügung stehende Grundstücksfläche. Sind Erdwärmebohrungen z. B. aufgrund eines Wasserschutzgebietes nicht erlaubt, so kann man bei für reine Flächenkollektoren zu kleinen Grundstücken auch auf Sonderlösungen wie Erdwärmesonden im Schrägbohrverfahren oder Spiralkörbe zurückgreifen.

(Faust-)Formeln zur Auslegung

Wichtig ist bei einer Versorgung der Erdwärmeheizung per Erdwärmesonde oder Flachkollektor, dass dem Erdreich nur so viel Wärmeenergie entzogen wird, wie auch nachströmen kann - die Quelle muss sich immer wieder regenerieren können:

Als Faustformel gilt, dass für eine Kollektorfläche etwa das Doppelte der zu beheizenden Gebäudefläche benötigt wird. Wer es etwas genauer mag, der kann bei nichtbindigem Boden mit einer spezifischen Entzugsleistung von 10 W/m2 und bei wassergesättigtem Boden von 40 W/m2 kalkulieren.

Die benötigte Fläche des Kollektors ergibt sich dann wie folgt:

Kollektorfläche = Kälteentzugsleistung in W / Entzugsleistung in W/m2

Bei Sondenbohrungen kann man als Faustformel bei normalen Bodenverhältnissen von rund 50 Watt pro Bohrmeter ausgehen. Die Erdsondenlänge lässt sich dann aus folgendem Zusammenhang bestimmen:

Erdsondenlänge = Kälteentzugsleistung in W / Entzugsleistung in W/m

Bei einem Einfamilienhaus mit einem Wärmebedarf von 10 Kilowatt für Heizung und Warmwasserbereitung und einer benötigten Kälteentzugsleistung von 7,5 Kilowatt würden also mindestens 150 Bohrmeter oder mindestens rund 200 m2 Flächenkollektor benötigt, um eine Erdwärmeheizung effizient einzusetzen.

Jahresarbeitszahl: Wie effizient arbeiten Erdwärmeheizungen?

Die Effizienz einer Erdwärmeheizung – also das Verhältnis von eingesetztem Strom zur erzeugten Heizwärmemenge - wird mit der so genannten „Jahresarbeitszahl“ ausgedrückt. Eine typische Jahresarbeitszahl für erdgekoppelte Wärmepumpenheizung liegt bei 4. Mit 1 kWh elektrischem Strom zum Antrieb der Erdwärmeheizung werden also 4 kWh nutzbare Wärme erzeugt. Es gilt:

Je höher die Arbeitszahl, umso weniger Heizkosten hat der Nutzer.

Es gibt verschiedene Einflussfaktoren auf die Jahresarbeitszahl. Der wichtigste ist die Temperaturdifferenz zwischen der Quelle (dem Erdreich) und dem Heizsystem. Je geringer also dieser Unterschied ist, den die Wärmepumpe „ausgleichen“ muss, umso höher ist auch die Jahresarbeitszahl der Erdwärmeheizung.

Einerseits kann dies erreicht werden, indem die Quellentemperaturmöglichst hoch bzw. saisonal stabil ist, z.B. durch mehr Bohrmeter und somit eine geringere Abkühlung des Untergrundes im Winter.

Zudem kann die Quellentemperatur durch das Kühlen mit der Erdwärmeheizung im Sommer gesteigert werden. Denn beim Kühlen mit der Wärmepumpe wird die Erde künstlich regeneriert, d.h., es wird Überschusswärme aus dem Haus über Decken- oder Fußbodenheizung ins Erdreich abgeführt und im Untergrund eingespeichert.

Auch die Kombination von Geothermie und Solarthermie im Sinne von Einspeisung solarer Überschüsse funktioniert auf diese Weise. Der Vorteil: Die anfallende Solarwärme kann komplett genutzt werden und muss nicht technisch aufwendig gespeichert werden.

Durch die aktive Regeneration des Untergrundes mittels „freier Kühlung“ oder Einspeisung von Abwärme erhält die Erdwärmeheizung eine höhere Effizienz. Auf der geothermischen Seite können so die erforderlichen Bohrmeter sogar reduziert und die Investitionskosten gesenkt werden. Dies führt zu einer schnelleren Amortisation. Wie viel dieser zusätzlich in das Erdreich eingebrachten Wärme letztlich wieder per Sonde oder Flächenkollektor gefördert werden kann, hängt aber von den Untergrund- insb. Grundwasser-Verhältnissen ab.

Tabelle: Verfahren zur Kühlung mit einer Erdwärmeheizung
Passive Kühlung Aktive Kühlung
Bei der passiven Kühlung wird die niedrige Temperatur des Grundwassers oder des Erdreiches über einen Wärmetauscher auf das Heizsystem übertragen. Bei der aktiven Kühlung wird die Kühlleistung der Wärmepumpe auf das Heizsystem übertragen.
Der Verdichter der Wärmepumpe wird nicht eingeschaltet, die Wärmepumpe bleibt „passiv“. Der Verdichter der Wärmepumpe wird eingeschaltet, die Wärmepumpe ist „aktiv“.
Hierdurch lässt sich eine Kühlung zu minimalen Kosten realisieren. Bei der aktiven Kühlung können höhere Kühlleistungen erreicht werden.

Auf der anderen Seite der Erdwärmeheizung – bei der Heizwärmeabgabe - sollte die (Vorlauf-)Temperatur möglichst niedrig sein – typisch für Flächenheizsysteme (Fußboden- oder Wandheizungen) sind Temperaturen bis 35 °C.

Wichtig für die Effizienz des Gesamtsystems ist das Zusammenspiel aller Komponenten (Erschließung des Untergrundes, optimale Haustechnik, geringe Temperaturdifferenz). Eine hohe Effizienz kann also nur durch sorgfältige Fachplanung und Installation erzielt werden.

Experten-Tipp: Wenn Sie zusätzlich zur Erdwärmeheizung eine Photovoltaikanlage betreiben, können Sie ihren eigenen Solarstrom zum CO2-freien Betrieb der Wärmepumpe einsetzen. So erhöhen Sie zudem die Eigenverbrauchsquote ihrer PV-Anlage und sparen Stromkosten der Wärmepumpe ein. Achten Sie dabei auf Wärmepumpen mit dem SG Ready-Label. Über eine definierte Schnittstelle wird dabei sichergestellt, dass möglichst viel Solarstrom selbst verbraucht wird. Weitere Infos finden Sie hierzu in unserem Ratgeber "Photovoltaik & Wärmepumpe ideal kombinieren".

Erdwärmeheizungen im Neu- UND Altbau sinnvoll!

Fast jeder zweite Neubau heizt inzwischen mit einer Wärmepumpe. Im Jahr 2019 entschieden sich 46 Prozent der Gebäudeeigentümer für eine Wärmepumpe zur Bereitstellung von Heizwärme und Warmwasser. Aber auch in älteren Gebäuden mit Heizkörpern lohnen sich Erdwärmeheizungen.

„Individuelle Bedingungen sind entscheidend, nicht das Alter der Gebäude“, so lautet das Urteil des Feldtests "WPsmart im Bestand" des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE, dessen in 2020 veröffentlichter Abschlussbericht viele vorhergehende Studien systematisch unterstreicht: Eine Erdwärmeheizung bzw. ganz allgemein Wärmepumpen – funktionieren auch in Bestandsgebäuden zuverlässig und ökologisch vorteilhaft.

Die im Projekt untersuchten Altbauten waren zwischen 15 und 170 Jahre alt. Die Wärmepumpen lieferten die gewünschte Wärme zuverlässig, es gab kaum Betriebsstörungen. Auch als klimafreundlicher als fossile Heizungen erwiesen sich die untersuchten Wärmepumpen.

Bei Erdwärmeheizungen lagen die Kohlendioxid-Emissionen um 39 bis 57 Prozent niedriger als dies bei Wärmeversorgung der gleichen Gebäude mit Gas-Brennwertheizungen der Falls war. Bei den zwölf untersuchten Erdwärmeheizungen ermittelte das Fraunhofer ISE eine JAZ zwischen 3,3 und 4,7 bei einem Mittelwert von 4,1.

Die maximal zur Raumheizung erforderlichen Vorlauftemperaturen lagen bei den Erdwärmeheizungen bei etwas über 45 Grad Celsius. Damit unterstreicht das Fraunhofer ISE eine länger bekannte Tatsache, dass für die Effizienz einer Erdwärmeheizung im Altbau die Temperaturen entscheidend sind, wenn am meisten geheizt wird, also bei Temperaturen knapp über null Grad Celsius. Die erforderlichen Heizkreistemperaturen im Normauslegungspunkt, also die Heizkreistemperaturen bei sehr geringen Außentemperaturen um minus zwölf bis minus 16 Grad Celsius, fallen in der Praxis nicht weiter ins Gewicht, da so bitterkalte Tage nur äußerst selten auftreten.

Auch die Energieverbräuche der Elektroheizstäbe, die bei besonders kalten Temperaturen die Wärmepumpe unterstützen, spielten bei den vermessenen Wärmepumpen nur eine untergeordnete Rolle. Bei den Erdwärmeheizungen nahmen nur zwei von zwölf Anlagen die Heizstäbe überhaupt in Betrieb.

Die Nutzung von Wärmepumpen im Gebäudebestand sei laut ISE-Forschern dennoch kein Selbstläufer. Vor allem muss das energetische Niveau des Gebäudes und das installierte Wärmeübergabesystem stimmen, das Alter des Gebäudes sei nach den im Projekt erhobenen Daten nicht relevant.

Auch ein Umstieg auf Flächenheizsysteme ist nicht zwangsläufig erforderlich, da die Ergebnisse zeigen, dass auch Wärmepumpen mit Heizkörpern mit vergleichsweise geringen Temperaturen betrieben wurden. Auf dem Markt werden inzwischen Heizkörper angeboten, die bei gleichem Platzbedarf wesentlich geringere Heizkreistemperaturen benötigen. Der Gesamterfolg hängt von einer guten Planung und sorgfältigen Installation ab, so das Fraunhofer ISE.

Kosten & Förderung: Rechnet sich eine Erdwärmeheizung?

Die Investitionskosten für eine Erdwärmeheizung lassen sich in zwei Kostengruppen unterteilen:

  • in die der Wärmepumpe und
  • in die Erschließung der Wärmequelle.

Ganz grob gerechnet belaufen sich die Kosten für eine Sole/Wasser-Wärmepumpe in etwa auf die einer Gas- oder Ölheizung inklusive des dafür erforderlichen Schornsteins. Die eigentlichen Mehrkosten einer Erdwärmeheizung entstehen also durch die Kosten der Bohrung bzw. für die der Erdarbeiten für den Flächenkollektor.

Kostenschätzung Erdwärmeheizung: Pro Meter Erdwärmebohrung können Sie mit rund 50€ rechnen. Eine 100 Meter Bohrung kostet demnach 5.000 Euro. Pro m2 Flächenkollektor können Sie bei einer Verlegetiefe von rund 1,20 Meter mit Kosten von rund 20 Euro/m2 rechnen. Eine Sole/Wasser-Wärmepumpe mit Speicher kostet für ein modernes Einfamilienhaus inkl. Installation rund 10.000€. Insgesamt müssen Sie dann mit Kosten von 17.000 bis 22.000€ für eine komplette Erdwärmeheizung rechnen.

Obwohl eine Erdwärmeheizung aufgrund der Bohrungen in der Anschaffung teurer ist, sind ihre Betriebskosten deutlich geringer als bei anderen Systemen. Sie müssen kein Öl, Gas oder andere Brennstoffe kaufen und machen sich damit weitgehend unabhängig von Preissteigerungen.

Darüber hinaus entfallen Kosten wie zum Beispiel für den Schornsteinfeger, da bei der Wärmeerzeugung nichts verbrannt wird. Die Betriebskosten einer Erdwärmeheizung sind deshalb im Vergleich zu einer Öl- bzw. Gasbrennwertheizung niedriger. Angesichts der zu erwartenden höheren Energie- und Umweltstandards wird diese Kostenschere langfristig noch weiter auseinandergehen.

Zudem können Sie in vielen Fällen seit Anfang 2020 mit hohen Zuschüssen vom Bund rechnen!

  • Beim Einbau einer Erdwärmeheizung erhalten Bauherren und Hauseigentümer seit Januar 2020 35 % der Investitionskosten vom Staat zurück.
  • Wird eine Ölheizung ersetzt, gibt es eine Ölheizung-Austauschprämie von 45 % der gesamten Kosten der Erdwärmeheizung.
  • Bei Gebäuden, die überwiegend dem Wohnen dienen (Wohngebäude), können max. 50.000 Euro pro Wohneinheit als Bemessungsgrundlage anerkannt werden.

Hier finden Sie alle weiteren Informationen zur aktuellen Förderung von Erdwärmeheizungen!

Tabelle: BAFA-Förderung von Erdwärmeheizungen
Bauvorhaben/Sanierung Maximale Förderung in % Maximaler Förderbetrag
Neubau / Altbau 35% 17.500 Euro
Gebäudebestand 45% (bei Ölheizungen) 22.500 Euro

Um eine entsprechende Förderung zu bekommen, muss die Erdwärmeheizung folgende Jahresarbeitszahl erfüllen:

  • Neubau 4,5
  • Gebäudebestand 3,5

Ob eine Sole/Wasser-Wärmepumpe förderfähig ist, können Sie der BAFA-Liste entnehmen, die alle förderfähigen Wärmepumpen führt. Achtung! Die Liste wird häufiger aktualisiert. Die Entscheidung für eine Wärmepumpe sollte daher zeitnah zum Förderantrag getroffen werden!

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