Rechner für Sole-Wasser-Wärmepumpen: Bohrtiefe, Kollektorfläche, JAZ & Kosten

So funktioniert dieser Erdwärmepumpen-Rechner

Eine Erdwärmepumpe (Sole-Wasser-Wärmepumpe) holt Niedertemperaturwärme über einen geschlossenen Kreislauf aus solegefüllten Kunststoffrohren aus dem Boden, entweder über senkrechte Erdsonden oder über Flächenkollektoren im Garten, und hebt sie auf die Temperatur der Heizung an. Bei der Auslegung geht es um drei zusammenhängende Fragen: Wie groß muss die Wärmepumpe sein? Wie viel Wärme entzieht sie dem Erdreich? Und wie lang muss die Sonde sein, damit der Boden über die Jahre nicht auskühlt? Der Rechner arbeitet alle drei ab:

1. Wärmebedarf. Wohnfläche und Dämmstandard (oder ein bekannter Jahresverbrauch in kWh) plus Warmwasser, Monat für Monat für dein Klima mit Temperaturklassen simuliert. Dahinter steckt dieselbe Rechenlogik wie in unserem Wärmepumpen-Rechner für Luftwärmepumpen.
2. Soletemperatur und COP. Die ungestörte Erdreichtemperatur wird als Jahresmitteltemperatur der Luft + 1,5 K geschätzt, oder du gibst sie selbst ein. In der Heizperiode liegt die Sole 4–8 K darunter, in den kältesten Monaten mehr. Der COP ergibt sich aus Sole- und Vorlauftemperatur.
3. Wärmepumpengröße = Normheizlast bei der örtlichen Norm-Außentemperatur + 10 % für die Warmwasserbereitung.
4. Wärmeentzug aus dem Erdreich. Entzugsleistung = Heizleistung × (1 − 1/SCOP). Teilst du sie durch die spezifische Entzugsleistung nach VDI 4640 für deinen Untergrund (interpoliert auf deine Volllaststunden), erhältst du Sondenlänge oder Kollektorfläche. Diese Länge prüft der Rechner gegen eine Grenze für die jährlich entzogene Energie von 100 kWh pro Meter und Jahr (60 kWh/m² bei Flächenkollektoren); der größere Wert gilt.
5. Kosten für Bohrung oder Grabenarbeiten und das Gerät, die Betriebskosten und ein Vergleich mit Luftwärmepumpe und Gasheizung.

Die Formel

Rechenbeispiel: Haus mit 180 m² in Berlin

Die Standardwerte beschreiben ein Haus mit 180 m² und durchschnittlicher Dämmung in Berlin, Fußbodenheizung (35 °C Vorlauf) und Warmwasser für vier Personen. Der Jahreswärmebedarf liegt bei rund 18.370 kWh, die Normheizlast bei 7,0 kW bei −9 °C. Der Rechner wählt deshalb eine Erdwärmepumpe mit 8 kW.

Bei einer geschätzten Erdreichtemperatur von 11,4 °C ergibt sich eine Jahresarbeitszahl von 4,23; eine Luftwärmepumpe käme im selben Haus auf etwa 3,79. Die Wärmepumpe verbraucht rund 4.340 kWh Strom, bei 0,28 €/kWh also ≈ 1.216 € im Jahr. Das sind rund 141 € weniger als mit einer Luftwärmepumpe und etwa 825 € weniger als mit einem Gaskessel mit 90 % Wirkungsgrad (2.041 € bei 0,10 €/kWh).

Pro Jahr entzieht die Anlage dem Erdreich rund 14.030 kWh. In durchschnittlichem Untergrund (λ ≈ 2 W/mK) ergäbe das Leistungskriterium allein etwa 130 m bei rund 47 W/m, die Energiegrenze von 100 kWh/m treibt die Länge aber auf 140 m, zum Beispiel zwei Bohrungen à 70 m. Bei 70 €/m Bohrkosten plus 12.000 € für das Gerät liegen die geschätzten Gesamtkosten bei rund 21.800 €. Ein Flächenkollektor bräuchte stattdessen etwa 290 m² Grundstück. Das CO₂ liegt bei einem Strommix mit 350 g/kWh bei rund 1,5 t im Jahr, mit Gas wären es 3,7 t.

So liest du die Ergebnisse

• Sondenlänge / Kollektorfläche bestimmen die Kosten. Das Fazit sagt dir, ob die Energiegrenze oder das Leistungskriterium den Ausschlag gibt.
• Volllaststunden über ~2.400 h bedeuten lange Heizperioden (kaltes Klima oder viel Warmwasser); dann gelten niedrigere Entzugsleistungen in W/m.
• Ersparnis gegenüber Luftwärmepumpe ist das, was dir der Aufpreis für die Erdsonde bringt. Teile die Mehrkosten durch diesen Betrag, dann hast du eine grobe Amortisationszeit.
• Tabelle Untergrund vergleicht die Längen für jede Geologie. Welche für dich gilt, zeigen eine Standortuntersuchung oder die Bohrprofile aus der Umgebung.

Typische Werte (VDI 4640, kleine Anlagen < 30 kW)

Tipps

• Lass einen Thermal Response Test machen, wenn die Anlage größer als ~30 kW ist oder mehrere Bohrungen hat. Er misst die tatsächliche Wärmeleitfähigkeit des Untergrunds und kann das Sondenfeld um 20–30 % verkürzen (oder verlängern).
• Halte mindestens 6 m Abstand zwischen den Bohrungen. Stehen sie enger, nehmen sie sich gegenseitig die Wärme weg.
• Halte die Vorlauftemperatur niedrig. Mit Fußbodenheizung bei 35 °C spielt die Erdwärmepumpe ihre Stärken aus; mit Heizkörpern bei 55 °C schrumpft ihr Vorsprung vor der Luftwärmepumpe.
• Denk an passive Kühlung. Im Sommer kühlt Sole, die durch den Fußboden läuft, fast kostenlos und regeneriert nebenbei das Erdreich.
• Senk zuerst den Bedarf, etwa mit Blick auf den Rechner für Dämmung. Eine kleinere Wärmepumpe heißt kürzere, günstigere Bohrung.

Grenzen

Die Entzugsleistungen sind Richtwerte. Sie setzen voraus, dass kein nennenswerter Grundwasserstrom fließt (der sie stark erhöhen kann), und gehen von üblichen Sonden mit Einfach- oder Doppel-U-Rohr aus. Benachbarte Sondenfelder, sehr lange Laufzeiten, Kühllasten und große Anlagen brauchen eine richtige Simulation (EED, GLHEPro oder die Tabellen der MCS MIS 3005). Bohrungen sind meist genehmigungspflichtig, besonders ab 100 m Tiefe oder in Wasserschutzgebieten. Die Kosten schwanken stark je nach Land und Zugänglichkeit des Grundstücks; trag in den erweiterten Einstellungen Angebote aus deiner Region ein.

Methode & Annahmen

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