Die Sole-Wasser-Wärmepumpe gehört zu den effizientesten Heizsystemen im Bereich der erneuerbaren Energien. Im Gegensatz zur weitverbreiteten Luft-Wasser-Wärmepumpe nutzt sie nicht die Außenluft als Wärmequelle, sondern die im Erdreich gespeicherte Geothermie. Das Funktionsprinzip basiert auf einem geschlossenen Kreislauf, in dem eine frostsichere Sole-Flüssigkeit durch Erdkollektoren oder Erdsonden zirkuliert und dabei die konstante Temperatur des Erdreichs aufnimmt. Diese Wärme wird dann über einen Verdichter auf ein für Heizzwecke nutzbares Temperaturniveau angehoben.
Der wesentliche Unterschied zu Luft-Wasser-Wärmepumpen liegt in der Temperaturkonstanz der Wärmequelle. Während Luftwärmepumpen insbesondere im Winter, wenn der Heizbedarf am höchsten ist, mit sehr niedrigen Außentemperaturen kämpfen müssen, profitiert die Sole-Wasser-Wärmepumpe von der relativ stabilen Erdreichtemperatur von etwa 8 bis 12 Grad Celsius in einer Tiefe ab etwa einem Meter. Diese Konstanz macht das System besonders effizient und zuverlässig, wirft aber gleichzeitig die Frage auf, unter welchen Umständen sich die deutlich höheren Investitionskosten tatsächlich lohnen.
Technische Voraussetzungen
Die Entscheidung für eine Sole-Wasser-Wärmepumpe hängt maßgeblich von den örtlichen Gegebenheiten ab. Grundsätzlich stehen zwei Erschließungsvarianten zur Verfügung: Flächenkollektoren, die horizontal in geringer Tiefe verlegt werden, oder Erdsonden, die vertikal in die Tiefe gebohrt werden. Flächenkollektoren benötigen eine unbebaute Grundstücksfläche, die etwa das Anderthalbfache bis Doppelte der zu beheizenden Wohnfläche beträgt. Für ein Einfamilienhaus mit 150 Quadratmetern Wohnfläche würde dies eine freie Fläche von mindestens 200 bis 300 Quadratmetern bedeuten. Diese Fläche darf anschließend nicht überbaut oder versiegelt werden und sollte auch nicht durch tiefwurzelnde Bäume bepflanzt werden, da dies die Effizienz des Systems beeinträchtigen würde. Erdsonden hingegen benötigen deutlich weniger Grundstücksfläche, da sie vertikal in Tiefen zwischen 50 und 100 Metern gebohrt werden. Pro Kilowatt Heizleistung sind je nach geologischen Bedingungen etwa 10 bis 20 Bohrmeter erforderlich. Die geologische Beschaffenheit des Untergrunds spielt dabei eine entscheidende Rolle für die Effizienz des Systems. Feuchter, lehmiger oder sandiger Boden leitet Wärme besser als trockener, steiniger Untergrund. Auch Grundwasser in der Nähe der Sonden verbessert die Wärmeleitfähigkeit erheblich.
Ein weiterer wichtiger Aspekt sind die Genehmigungsverfahren. Während Flächenkollektoren in den meisten Bundesländern genehmigungsfrei sind, unterliegen Erdsondenbohrungen der wasserrechtlichen Genehmigung durch die untere Wasserbehörde. In Wasserschutzgebieten oder Gebieten mit besonders schützenswertem Grundwasser können Bohrungen gänzlich untersagt sein. Es empfiehlt sich daher, bereits in der Planungsphase die zuständigen Behörden zu kontaktieren und die Machbarkeit abzuklären. Die Erschließungskosten variieren erheblich, denn während Flächenkollektoren inklusive Erdarbeiten mit etwa 3.000 bis 6.000 Euro zu Buche schlagen, können Erdsondenbohrungen je nach Tiefe und Untergrund zwischen 50 und 100 Euro pro Bohrmeter kosten, was für ein durchschnittliches Einfamilienhaus Gesamtkosten von 8.000 bis 12.000 Euro allein für die Erschließung bedeutet.
Wirtschaftliche Faktoren
Die Anschaffungskosten einer Sole-Wasser-Wärmepumpe liegen deutlich über denen konventioneller Heizsysteme und auch über denen einer vergleichbaren Luft-Wasser-Wärmepumpe. Während eine moderne Gas- oder Ölheizung mit etwa 8.000 bis 12.000 Euro zu veranschlagen ist und eine Luft-Wasser-Wärmepumpe inklusive Installation zwischen 15.000 und 25.000 Euro kostet, muss man für eine Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Gesamtkosten von 25.000 bis 50.000 Euro rechnen, wobei die Erdarbeiten oder Bohrungen bereits eingerechnet sind.
Diese höheren Investitionskosten werden jedoch durch deutlich niedrigere Betriebskosten kompensiert. Die Effizienz einer Wärmepumpe wird durch die Jahresarbeitszahl ausgedrückt, die angibt, wie viel Wärmeenergie aus einer Einheit elektrischer Energie erzeugt wird. Während Luft-Wasser-Wärmepumpen typischerweise Jahresarbeitszahlen zwischen 3,0 und 3,8 erreichen, liegen Sole-Wasser-Wärmepumpen bei 4,0 bis 5,0. Das bedeutet, dass aus einem Kilowatt Strom bis zu fünf Kilowatt Wärme erzeugt werden können. In einem gut gedämmten Einfamilienhaus mit einem jährlichen Wärmebedarf von 15.000 Kilowattstunden würde dies bei einem Strompreis von 30 Cent pro Kilowattstunde Heizkosten von etwa 900 bis 1.125 Euro pro Jahr bedeuten, während eine weniger effiziente Luft-Wasser-Wärmepumpe bei sonst gleichen Bedingungen etwa 1.200 bis 1.500 Euro kosten würde.
Staatliche Förderprogramme verbessern die Wirtschaftlichkeit erheblich. Im Rahmen der Bundesförderung für effiziente Gebäude werden Sole-Wasser-Wärmepumpen mit bis zu 40 Prozent der förderfähigen Kosten bezuschusst, wenn sie eine alte Öl-, Gas- oder Kohleheizung ersetzen. Auch Einzelmaßnahmen im Bestand werden mit mindestens 25 Prozent gefördert. Bei Investitionskosten von 35.000 Euro kann dies einen Zuschuss von bis zu 14.000 Euro bedeuten, wodurch sich die Mehrkosten gegenüber anderen Heizsystemen deutlich relativieren.
Die Amortisationszeit hängt stark von den individuellen Gegebenheiten ab. Im Vergleich zu einer neuen Gasheizung liegt sie bei etwa 12 bis 18 Jahren, wobei steigende Energiepreise für fossile Brennstoffe und die CO2-Bepreisung diese Zeitspanne verkürzen können. Gegenüber einer alten, ineffizienten Ölheizung kann sich die Investition bereits nach 8 bis 12 Jahren rechnen. Im direkten Vergleich zur Luft-Wasser-Wärmepumpe beträgt die Mehrzeit bis zur Amortisation etwa 5 bis 10 Jahre, wobei die höhere Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Sole-Wasser-Wärmepumpe zusätzliche Vorteile bieten.
Gebäudespezifische Eignung
Die Eignung einer Sole-Wasser-Wärmepumpe ist stark vom Gebäudetyp abhängig. In Neubauten, die nach den aktuellen Energiestandards errichtet werden, sind die Voraussetzungen nahezu ideal. Die sehr gute Wärmedämmung sorgt für niedrige Vorlauftemperaturen, die meist zwischen 30 und 40 Grad Celsius liegen. Unter diesen Bedingungen arbeitet die Wärmepumpe mit maximaler Effizienz, und die hohen Anschaffungskosten werden durch die minimalen Betriebskosten langfristig mehr als ausgeglichen. Zudem ist es im Neubau deutlich einfacher, die notwendigen Erdarbeiten durchzuführen, da ohnehin Baumaßnahmen stattfinden und das Grundstück noch nicht vollständig gestaltet ist.
Im Altbau gestaltet sich die Situation differenzierter. Je besser die Dämmung und je niedriger die erforderliche Vorlauftemperatur, desto wirtschaftlicher arbeitet die Wärmepumpe. Bei unsanierten Altbauten mit einem hohen Wärmebedarf und konventionellen Heizkörpern, die Vorlauftemperaturen von 60 Grad Celsius oder mehr benötigen, ist eine Wärmepumpe in der Regel nicht die optimale Lösung. In solchen Fällen würde die Wärmepumpe permanent im weniger effizienten Bereich arbeiten, was die Betriebskosten in die Höhe treibt und die ökologischen Vorteile zunichtemacht. Hier sollte zunächst in eine umfassende energetische Sanierung investiert werden, bevor der Umstieg auf eine Wärmepumpe sinnvoll ist.
Anders verhält es sich bei bereits teilsanierten Altbauten oder Gebäuden, die bereits über Niedertemperaturheizkörper oder eine Fußbodenheizung verfügen. Fußbodenheizungen sind für Wärmepumpen ideal, da sie mit Vorlauftemperaturen von 30 bis 35 Grad Celsius auskommen. Aber auch moderne Niedertemperaturheizkörper, die für 45 bis 50 Grad Celsius ausgelegt sind, ermöglichen einen wirtschaftlichen Betrieb. In diesen Fällen kann eine Sole-Wasser-Wärmepumpe auch im Altbau eine ausgezeichnete Lösung sein, insbesondere wenn die Dämmung der Gebäudehülle bereits verbessert wurde oder parallel zur Heizungsmodernisierung verbessert wird.
Die Vorlauftemperatur ist der entscheidende Faktor für die Effizienz. Jedes Grad weniger Vorlauftemperatur verbessert die Jahresarbeitszahl um etwa 2 bis 3 Prozent. Bei der Entscheidung für eine Wärmepumpe sollte daher zunächst eine professionelle Heizlastberechnung durchgeführt werden, die den tatsächlichen Wärmebedarf und die erforderlichen Vorlauftemperaturen ermittelt. Nur so lässt sich abschätzen, ob das Gebäude für eine Wärmepumpe geeignet ist und mit welcher Effizienz das System arbeiten wird.
Vor- und Nachteile gegenüber Alternativen
Im Vergleich zur Luft-Wasser-Wärmepumpe bietet die Sole-Wasser-Wärmepumpe mehrere entscheidende Vorteile. Der wichtigste ist die deutlich höhere Effizienz, die sich aus der konstanten Temperatur der Wärmequelle ergibt. Während die Leistung einer Luftwärmepumpe an kalten Wintertagen, wenn der Heizbedarf am größten ist, deutlich abnimmt und oft durch einen elektrischen Heizstab unterstützt werden muss, arbeitet die Sole-Wasser-Wärmepumpe das ganze Jahr über mit gleichbleibend hoher Effizienz. Dies führt nicht nur zu niedrigeren Betriebskosten, sondern auch zu einer höheren Versorgungssicherheit.
Ein weiterer Vorteil ist die Geräuschentwicklung. Während Luft-Wasser-Wärmepumpen durch den Ventilator der Außeneinheit hörbare Geräusche erzeugen, die besonders in dicht bebauten Wohngebieten zu Konflikten mit Nachbarn führen können, arbeitet die Sole-Wasser-Wärmepumpe nahezu geräuschlos. Die gesamte Technik befindet sich im Gebäudeinneren, und die Sole zirkuliert lautlos im Erdreich. Zudem entfällt der optische Eingriff durch eine Außeneinheit, was insbesondere bei denkmalgeschützten Gebäuden oder in ästhetisch anspruchsvollen Umgebungen von Vorteil ist.
Die Nachteile liegen vor allem in den höheren Anschaffungskosten und den umfangreicheren baulichen Maßnahmen. Die Erschließung der Wärmequelle erfordert entweder großflächige Erdarbeiten oder kostspielige Bohrungen, die bei der Luft-Wasser-Wärmepumpe entfallen. Zudem sind die Genehmigungsverfahren aufwendiger, und in manchen Regionen sind Erdsondenbohrungen überhaupt nicht möglich. Für kleinere Grundstücke oder in dicht bebauten Gebieten kann dies die Sole-Wasser-Wärmepumpe von vornherein ausschließen.
Gegenüber der Wasser-Wasser-Wärmepumpe, die Grundwasser als Wärmequelle nutzt, ist die Sole-Wasser-Wärmepumpe etwas weniger effizient, dafür aber deutlich unkomplizierter in der Erschließung. Wasser-Wasser-Wärmepumpen erreichen Jahresarbeitszahlen von bis zu 5,5, benötigen aber zwei Brunnenbohrungen und eine ausreichende Grundwassermenge in geeigneter Qualität. Die wasserrechtlichen Genehmigungen sind noch strenger, und das Risiko von Verockerung und Wartungsbedarf ist höher. Für die meisten Einfamilienhäuser stellt die Sole-Wasser-Wärmepumpe daher einen guten Kompromiss zwischen Effizienz und Praktikabilität dar.
Die langfristige Zuverlässigkeit ist ein wesentliches Argument für die Sole-Wasser-Wärmepumpe. Die Erdkollektoren oder Erdsonden sind praktisch wartungsfrei und haben eine Lebensdauer von 50 Jahren und mehr. Die Wärmepumpe selbst hält bei ordnungsgemäßer Wartung etwa 20 bis 25 Jahre, wobei die gleichmäßige Belastung durch die konstante Quelltemperatur zu einem geringeren Verschleiß führt als bei Luftwärmepumpen, die permanent zwischen unterschiedlichen Betriebszuständen wechseln müssen.