Unsere Erde bietet Wärmevorräte zum Nulltarif. Die Ingenieurtechnik hat technische Wege gefunden, die auch kleine Temperaturdifferenzen ausbeutbar machen. Die Temperaturverteilung im gemäßigten mitteleuropäischen Klima hält im Erdreich, je nach Tiefe, Wärme bereit, deren Werte die Oberflächentemperaturen übertreffen. Grob gesagt wird die Richtung Erdmittelpunkt steigende Erwärmung abgesaugt und umgewandelt.

Als Bindeglied zwischen Erdwärmequelle und Wärmepumpe fungiert eine Erdsonde. Der Aufbau einer Sonde besteht aus einer Rohrschleife, durch die eine Flüssigkeit für den Wärmetransport zirkuliert. Kühle Flüssigkeit strömt von der Oberfläche vertikal in das Erdreich und steigt nach dem u-förmigen Wendepunkt wieder hinauf. Auf dem Weg nimmt sie durch die Rohrwand, an der sie vorbeistreicht, Wärme aus dem Erdreich auf.

Montage- und Standortbedingungen

Überall, wo Erdreich vorhanden ist, kann eine Erdsonde Wärme gewinnen. Während die ersten 15 Meter noch einem relativ großen Einfluss der Bedingungen an der Oberfläche unterliegen, herrschen ab 15 Meter Tiefe nahezu konstante Temperaturen. Als Richtwert kann also ab 30 Metern Tiefe pro 15 Meter 1 Grad Temperaturzunahme kalkuliert werden. Bei der Berechnung der Erdsonde spielen die Wärmeaufnahmewege der Sondenwände die entscheidende Rolle.

1. Erste bautechnische Voraussetzung ist die Bohrfähigkeit des Untergrunds in die benötigte Tiefe. Felsen und Steinformationen können die mögliche Bohrtiefe limitieren.
2. Zweite geologische Grundvoraussetzung ist die Wassersituation. Grundwasservorkommen und unterirdische Wasseradern und Quellen verändern das Wärmeaufkommen.

Zusätzlich beeinflussen Erd- und Steinarten und deren Zusammensetzungen durch ihre spezifische Leitfähigkeit die Dimensionierung der Erdsonde.

Bautypen und Funktionsweise

Der Platz für Erdsonden wird ähnlich wie bei Brunnenrohren durch Spülung oder Trockenbohrungen geschafft. Die gängigen Rohrschlaufen brauchen einen Bohrlochdurchmesser zwischen 14 und 18 Zentimetern. Je nach Bodenbedingungen und Wärmebedarf werden Erdsonden 50 bis 300 Meter in das Erdreich versenkt. Nach dem Einführen werden die verbleibenden Hohlräume des Bohrlochs mit einer möglichst wärmeleitfähigen Füllmasse verschlossen. Eventuelle Bohrhilfsrohre werden dabei entfernt.

In das u-förmige Schleifenrohr wird eine Art Salzwasser, die Sole oder ein Wasser-Frostschutzmittel-Gemisch gefüllt. Eine Umwälzpumpe bewegt die Flüssigkeit vom Fallrohr bis zur Kehre in das Steigrohr. Am oberen Ausgang des Steigrohrs wird das erwärmte Transportmittel durch einen Wärmetauscher in einer Wärmepumpenheizung abgeschöpft. Um die Nachteile der Erdsonde, den externen Pumpenenergiebedarf zu reduzieren, nutzt eine CO2 Erdsonde das natürliche Sprudelverhalten des umgangssprachlich als Kohlensäure bekannten Kohlenstoffdioxids.

Lebensdauer und Erdregeneration

Eine moderne Erdsonde besteht aus dem Kunststoff Polyethylen, das in der verwendeten Rohrform als PE-Rohr Lebensdauern von hundert Jahren und mehr hat. Generellen Einfluss auf die Lebensdauer einer Erdsonde haben Anschlüsse, Einbettung und Verbindungen. Wenn das Schlaufenrohr fachgerecht im Boden eingebracht und beispielsweise durch eine Betonitverfüllung geschützt ist, bleiben fast ausschließlich geologische Einflussfaktoren übrig. Erdreichaufwerfungen, Bewegungen und Verschiebungen können mechanische Lebenszeitenden produzieren.

Bei einer hohen örtlichen Konzentration der Wärmeausbeutung im Erdreich wie bei nahe beieinanderliegenden Erdsonden kann das durchschnittliche Wärmeniveau auf Dauer absinken. Um eine effiziente Ausbeutungsfähigkeit zu erhalten, hilft Regeneration durch sommerliches Erdreichheizen oder die Umkehrung der Funktionsweise von Heiz- auf Kühltätigkeit.

Kostenverteilung der Erdsonde

Die Kosten einer Erdsonde liegen zwischen 5.000 und 10.000 Euro und verteilen sich in etwa 60 zu 40. Als 60 Prozent Kalkulationsgrundlage werden die Kosten pro Meter berücksichtigt. Diese nackten Baukosten setzen sich aus Aushub, Bohrung, Einbringung, Verfüllung und Aushubentsorgung zusammen. Die Restkosten entstehen aus amtlichen Gebühren, Sondenfluid und Baunebenkosten.