Erdwärme

Funktionsweise:
Die Erdwärme wird zum Heizen genutzt. Die Bohrung reicht 250 Meter tief. Der Strang aus vier Kunststoffrohren ergibt 1000 Meter Erdwärmesonde. Durch diese fliesst Glykol oder Wasser, welches die Wärme der Erde aufnimmt und im Speicher abgibt.

Wärmepumpe 10 kW
Die Wärmepumpe läuft über den Heizungsspeicher der Solarthermieanlage. Sie arbeitet
auch im Winter sehr effizient. In der Sonde
zirkuliert Wasser statt Frostschutzmittel.

Regeneration im Sommer
Mit dem Wärmeüberschuss der
Sonnenkollektoren wird das Gestein
um die Erdwärmesonde aufgeheizt.
Ein Teil der Sommerwärme kann so
von der Wärmepumpe im Winter
genutzt werden.

Technische Daten:
Strombedarf	1’700 kWh/Jahr
Wärmeerzeugung	9’500 kWh/Jahr
Betriebsstunden	ca. 700 h/Jahr
Bohrtiefe	250 m
Baujahr	2016

A: Weitere Informationen

Der Weg zur Wärmepumpe

Im Winter sind die Tage kurz, die Nächte lang. Die Sonnenbahn verläuft tief am Horizont. Sonnenkollektoren allein reichen dann nicht für genügend Wärme. Darum braucht es ein zweites Heizsystem.  Die Wahl der Zusatzheizung fiel auf eine Wärmepumpe. Solarenergie und Wasserkraft spielen dabei eine entscheidende Rolle: Sobald die Sonne scheint, heizt sie das Wasser mit den Sonnenkollektoren vor. Die Wärmepumpe muss dadurch weniger arbeiten und benötigt weniger Strom. Der Strom kommt vorwiegend vom Wasserrad und der Photovoltaikanlage.

Üblicherweise zirkuliert in der Erdwärmesonde ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel (Glykol oder Alkohol). Bei grossem Wärmebedarf kann die Temperatur in der Erdwärmesonde gegen den Gefrierpunkt absinken.

Der ehemalige Berater bei Energietal Toggenburg, Martin Eigenmann, hat bei der Planung angeregt, die Sonde 250 statt 180 Meter tief zu bohren und einen Versuch mit reinem Wasser als Wärmeträger zu machen. Damit können drei Verbesserungen erzielt werden:

• Die tiefere Sonde liegt in einer wärmeren Zone
• Wasser nimmt die Erdwärme besser auf als Frostschutzmittel
• Der Wärmeentzug pro Meter Erdwärmesonde wird kleiner: Wenn die Erdwärmesonde länger ist, verteilt sich die Energie über eine längere Strecke.

Regeneration

Die Erdwärmesonde entzieht dem Boden Wärme. Das Gestein kühlt langsam ab. Aus der Umgebung fliesst Wärme nach. Wenn eine Erdwärmesonde zu klein dimensioniert ist oder wenn in einem Quartier ganz viele Sonden auf engem Raum genutzt werden, kann sich die Temperatur über die Jahre immer weiter absenken. Die Wärmepumpen funktionieren trotzdem. Je kälter aber der Boden ist, desto mehr Strom benötigen sie.

Wenn man hingegen Solarwärme vom Dach in den Boden gibt, wird der Boden wärmer. Dann funktioniert die Wärmepumpe effizienter und braucht weniger Strom. Die Kombination mit thermischen Sonnenkollektoren kennt auf beiden Seiten nur Gewinner!

Wenn die Sonnenkollektoren einen namhaften Beitrag an die Heizung leisten sollen, muss deren Fläche grosszügig dimensioniert sein. Im Winter wird die Wärme trotzdem nicht reichen. Im Frühling und Herbst heizt die Sonne. Im Sommer wird einerseits wenig Wärme benötigt, anderseits liefern die Kollektoren den höchsten Ertrag. Wenn die Speicher voll sind, überhitzen die Kollektoren. Sie können über 150 Grad heiss werden. Das ist einer Belastung für alle Bauteile.

Da kommt die Erdsonde zum Einsatz! Sobald die Speicher voll sind, wird die überschüssige Solarwärme im Boden gespeichert. Die Kollektoren arbeiten auch im Hochsommer mit moderaten Temperaturen. Im Boden wird es etwas wärmer. Und im Frühwinter, wenn die Heizung von Solar auf Erdwärme umstellt, kann ein Teil der Sommersonnenenergie wieder genutzt werden.

Im Sommer 2022 wurden 4500 kWh überschüssige Solarwärme im Boden gespeichert. Im Winter 2022/2023 wurden 8500 kWh Wärme aus dem Boden gewonnen. Aus der Umgebung fliesst der Erdsonde Wärme zu. Diese Wärmepumpe benötigt im Jahr weniger als 1700 kWh elektrischen Strom. Das entspricht etwa 170 Liter Heizöl. Ältere Einfamilienhäuser benötigen pro Jahr etwa 1500 -2500 Liter Heizöl. Eine klug geplante Wärmepumpe kann sehr viel Energie einsparen.

Ein Blick unter die Erdoberfläche:

Schon nach einem halben Meter trifft der Bohrer auf Felsen. Am Standort sind das Sandstein, Nagelfluh und Silt. Diese Gesteinsschicht, auch Molasse genannt, ist im Mittelland etwa 800 Meter mächtig. Bei der Bohrung wird alle vier Meter eine Gesteinsprobe entnommen. Ein Geologe untersucht sie und archiviert die Daten. Je mehr Bohrungen in einer Gemeinde gemacht werden, desto präziser werden die Karten vom Untergrund.

Der tiefste Punkt unserer Sonde liegt mit 250 Metern Tiefe auf etwa 370 Metern über dem Meeresspiegel und somit unterhalb des Bodenseespiegels. Das Gestein dort unten hat in Wattwil etwa 12.8 Grad.

B: Hintergrund

noch einfügen

C: Aufgabe

1 Liter Heizöl hat etwa den gleichen Energieinhalt wie 10 kWh Strom. Wieviel Liter Heizöl entsprechen die 1700 kWh Strom, die die Wärmepumpe für die Heizung im Jahr benötigt?

Lösung:

Die 1700 kWh Strom haben den gleichen Energieinhalt wie 170 Liter Heizöl
Vergleich: Ein durchschnittliches Einfamilienhaus in der Schweiz benötigt etwa 1500 Liter Heizöl
Und dies gedacht: Stell dir vor, wieviel Heizöl in der Schweiz eingespart würde, wenn alle Ölheizungen durch Wärmepumpen ersetzt würden. Allerdings benötigen wir dann im Winter mehr Strom.
Wer weiss, vielleicht setzt sich doch noch die Erkenntnis durch, dass in der Schweiz Windräder willkommen sind, denn die liefern vor allem im Winter viel Strom.