Ein kurzes Quietschen, dann ist das Gewinde der neu eingesetzten Bohrstange arretiert. Der Dieselmotor der Bohranlage brummt lauter, das Gestänge beginnt zu drehen, und 60 Meter unter dem Boden frisst sich der Bohrkopf weiter ins Erdreich. Ein paar Meter neben der Maschine dröhnt ein Kompressor. Er drückt Luft mit 20 bar im Rohrinnern nach unten und befördert so zwischen Bohrgestänge und Bohrlochwand das zermahlene Material nach oben. Dort wird es durch einen Schlauch in eine Mulde geleitet.

Die gelbe Bohrmaschine der Firma Hastag St.Gallen Bau AG steht auf dem Vorplatz des Einfamilienhauses von Ferdinand Eugster in Egnach TG am Bodensee. Er hat kürzlich eine Wärmepumpe mit Erdwärmesonde als Ersatz für seine alte Ölheizung bestellt. Dazu ist eine Bohrung von 180 Meter Tiefe nötig. «Die Berechnung der Tiefe erfolgt nach den entsprechenden Normen – überschlagsmässig benötigt man pro Quadratmeter beheizter Wohnfläche einen Meter Erdwärmesonde», sagt Stefan Keel, Leiter der Sparte Erdwärme bei Hastag.

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Erdwärme wird angezapft

Gut 200 Meter unter Eugsters Einfamilienhaus herrscht – wie vielerorts in der Schweiz – eine konstante Temperatur von rund 15 Grad. Diese Energiequelle wird nun angezapft. Die Erdwärmesonde umfasst vier je 40 Millimeter dicke Kunststoffrohre, die zu zwei Kreisläufen verbunden und an die Wärmepumpe angeschlossen werden. Durch die Kreisläufe zirkuliert ein Wasser-Glykol-Gemisch, Sole genannt. Es nimmt dabei die Wärme aus dem Boden auf.

Die Funktionsweise einer Wärmepumpe lässt sich mit der eines Kühlschranks vergleichen. Dieser führt nicht – wie man meinen könnte – Kälte in sein Inneres. Vielmehr entzieht er dem Inneren und den Lebensmitteln Wärme, sodass sie kühl bleiben. Die abgeführte Wärme wird dann an die Raumluft abgegeben. Die Wärmepumpe nutzt dasselbe physikalische Prinzip, verwendet aber die Wärme zum Heizen. Dazu braucht es einen Kompressor und einen Kreislauf, in dem ein Kältemittel zirkuliert. Durch dieses Verfahren werden der Sole rund 3 Grad Energie entzogen, und die Wärmepumpe benötigt nur noch Strom für den Kompressor. Statt der Erdwärme können auch andere Energiequellen angezapft werden.

Ferdinand Eugster hat sich bewusst für eine Erdwärmesonde Heizung Eine Investition, die rentiert entschieden: «Ich wollte eine nachhaltige Lösung, die über Jahrzehnte genutzt werden kann – selbst wenn das Haus einmal durch einen Neubau ersetzt wird.» Neben der Bohrmaschine stehen in Egnach bereits die Erdwärmesonden bereit, der Kompressor sowie die Mulde für den Bohrschlamm haben am Strassenrand Platz gefunden. Dicke Schläuche verbinden die Komponenten miteinander.

Wärmepumpe Bohrmaschine

Alle paar Minuten setzt Bohrungsmitarbeiter Thomas Kramer ein neues Stück Bohrstange ein.

Quelle: Roger Hofstetter
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Wärmepumpen boomen

Das Kommando hat Bohrmeister Martin Ziehr. Er stoppt alle paar Minuten die Maschine, und sein Kollege Thomas Kramer setzt ein weiteres Stück Bohrgestänge an. Von den 2 Meter langen Rohren wird es 90 Stück brauchen, bis nach gut einem Tag die Tiefe von 180 Metern erreicht ist.

Mit dem Entscheid für eine Wärmepumpe Erneuerbare Energien So einfach geht sauber heizen ist Ferdinand Eugster nicht allein. Im letzten Jahr wurden hierzulande rund 13'000 Stück in Einfamilienhäusern installiert, gut ein Drittel davon mit Erdwärmesonde. Der Boom wirft aber auch Fragen auf – etwa, ob die Erdwärme für die immer zahlreicheren Sonden ausreicht.

«Das ist in der Regel kein Problem, weil bei der Platzierung und Dimensionierung auf den Temperaturverlauf in der Erdwärmesonde und im Erdreich geachtet wird», sagt Rita Kobler, Fachspezialistin für erneuerbare Energien beim Bundesamt für Energie. Bei einer sehr starken Nutzung – etwa durch viele Anlagen in der Nachbarschaft – könne das Erdreich lokal aber abkühlen. «Für den Boden ist das kein Problem, die Effizienz der Wärmepumpe sinkt dadurch ein bisschen.» Zudem könne künftig eine Regeneration während des Sommers nötig sein.

Ein Thema bei Hausbesitzern sind auch eventuelle Komplikationen bei der Bohrung. Heikel können etwa Wassereinschlüsse in grosser Tiefe – Arteser genannt – sein, die das Loch beim Bohren fluten und Kosten für die Abdichtung verursachen. Das Risiko ist aber überschaubar: «Im Zweifelsfall ziehen wir Geologen bei. Auch der Kanton weist bei der Bewilligung auf heikle Punkte im Untergrund hin», sagt Stefan Keel. Zudem empfehle es sich, nur Firmen zu beauftragen, die das Gütesiegel der Fachvereinigung Wärmepumpen Schweiz (FWS) besässen. So sei eine fachgerechte Ausführung sichergestellt. Wer auf Nummer sicher gehen will, schliesst eine Arteser-Versicherung ab.

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20 Meter in einer Stunde

In Egnach läuft die Arbeit rund: Bohrmeister Martin Ziehr hat innert einer Stunde bereits 20 Meter tiefer gebohrt, da der Untergrund aus relativ weichem Mergel besteht. «Hartes Gestein ist aber auch kein Problem, da dauert es einfach etwas länger», sagt Ziehr.

Schon am nächsten Tag wird er die 180-Meter-Marke erreicht haben. Danach verlegt das Bohrteam die Erdwärmesonde. Diese wird zusammen mit einem dünneren Injektionsschlauch ins Bohrloch eingebaut. Durch den Schlauch pumpen die Arbeiter dann ein Gemisch aus dem Gestein Bentonit sowie Zement nach unten und füllen das Bohrloch auf. Das Gemisch härtet aus und sorgt für eine optimale Übertragung der Erdwärme auf die Schläuche der Sonde. Zuletzt führen die Arbeiter deren Rohre in den Heizungskeller, wo der Installateur sie später an die Wärmepumpe anschliesst.

Drei Tage nachdem der Bohrtrupp vorgefahren ist, wird ausser einer kleinen, kahlen Fläche im Garten nichts mehr daran erinnern, dass Hausbesitzer Ferdinand Eugster hier Wärme aus 180 Meter Tiefe anzapft.

So funktioniert eine Wärmepumpe

So funktioniert Wärmepumpe
Quelle: Infografik: Andrea Klaiber

Eine Wärmepumpe entnimmt der Umgebung Wärme und beheizt damit Gebäude. Dazu nutzt sie einen Kompressor sowie einen Kreislauf mit einem Kältemittel, das bereits bei tiefen Temperaturen verdampft. Das sind die einzelnen Schritte:

1 Durch das Zuführen von Umgebungswärme wird das Kältemittel im Verdampfer gasförmig.

2 Im Kompressor wird das gasförmige Kältemittel komprimiert. In der Folge erhitzt es sich.

3 Im Kondensator gibt der heisse Dampf seine Wärme an den Wasserkreislauf des Heizsystems ab und verflüssigt sich wieder.

4 Durch das Expansionsventil sinkt der Druck der Flüssigkeit. Damit ist sie bereit für eine erneute Verdampfung.

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Erde, Luft oder Wasser als Energiequelle

Neben Erdwärme können Wärmepumpen auch Aussenluft oder Grundwasser als Energiequelle nutzen. Da die Nutzung des Grundwassers relativ aufwendig ist, kommt dieses Verfahren nur bei grösseren Projekten zum Einsatz. Bei Ein- und kleineren Mehrfamilienhäusern sind Lösungen mit Erdsonde oder Aussenluft Standard. Dabei arbeiten Anlagen mit Erdwärme besonders effizient: Sie erzeugen mit einer Kilowattstunde Strom bis zu fünf Kilowattstunden Heizenergie. Bei Aussenluft als Energiequelle liegt die Effizienz etwa um einen Fünftel tiefer. Grund dafür ist die relativ kalte Luft im Winter.

Auch preislich gibt es Unterschiede: «Die Umstellung von einer Ölheizung auf eine Luftwärmepumpe kostet rund 40'000 Franken, bei einer Erdsonde sind es 60'000 Franken», sagt Stephan Peterhans, Geschäftsführer der Fachvereinigung Wärmepumpen Schweiz.

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Matthias Pflume, Textchef Digital

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