Geothermie und Erdwaerme: Waerme aus dem Untergrund

Der Boden unter Deutschland ist ganzjaehrig warm: Ab etwa zehn Metern Tiefe herrschen konstant acht bis zwoelf Grad Celsius, ganz gleich ob Sommer oder Winter. Genau diese Temperatur nutzen Erdwaermepumpen, um Haeuser zu heizen - und sie holen damit aus einer Kilowattstunde Strom vier bis fuenf Kilowattstunden Waerme. Wir erklaeren, welche Verfahren es gibt, wie eine Anlage ausgelegt wird, was sie kostet und wo Genehmigungen und Bohrrisiken zur Grenze werden.

Welche Arten von Erdwaerme es gibt

Geothermie wird nach der Tiefe unterschieden. Die oberflaechennahe Geothermie reicht bis etwa 400 Meter und nutzt die nahezu konstante Temperatur des Untergrunds als Waermequelle fuer eine Waermepumpe. Die tiefe Geothermie beginnt bei ungefaehr 400 Metern und reicht bis in mehrere tausend Meter Tiefe; dort ist das Gestein so heiss, dass sich damit direkt heizen oder sogar Strom erzeugen laesst.

Die Temperatur nimmt im Mittel um etwa drei Grad Celsius pro 100 Meter Tiefe zu - man spricht von der geothermischen Tiefenstufe. In Regionen mit vulkanischer Vorgeschichte oder besonderen geologischen Strukturen ist der Anstieg deutlich steiler, teilweise bis zu zehn Grad pro 100 Meter.

• Oberflaechennahe Geothermie bis 400 m: Erdwaermekollektor, Erdwaermesonde, Grundwasserbrunnen
• Tiefe Geothermie ab 400 m: hydrothermal (heisses Wasser in Gesteinsschichten) und petrothermal (trockenes, heisses Gestein)
• Nutzung oberflaechennah: Heizung und Warmwasser im Eigenheim, selten Kuehlung im Sommer
• Nutzung tief: Fernwaermenetze, Gewaechshaeuser, Gewerbe, vereinzelt Stromerzeugung
• Abgrenzung: Eine Erdwaermepumpe ist kein Kraftwerk, sondern eine Heizung mit Waermequelle Boden

Oberflaechennahe Geothermie: Kollektor, Sonde und Grundwasser

Es gibt drei Wege, dem Boden Waerme zu entziehen. Der Flaechenkollektor liegt als Kunststoffrohrregister waagerecht in 1,2 bis 1,5 Metern Tiefe und benoetigt viel Flaeche. Die Erdwaermesonde wird senkrecht 40 bis 400 Meter tief gebohrt und braucht fast keine Grundstuecksflaeche. Der Grundwasserbrunnen entnimmt warmes Grundwasser ueber einen Foerderbrunnen und fuehrt es ueber einen Schluckbrunnen wieder zurueck.

Verfahren	Tiefe	Flaechen- oder Bohrbedarf	Entzugsleistung	Kosten Waermequelle (ca.)	Besonderheit
Flaechenkollektor	1,2 bis 1,5 m	ca. 1,5- bis 2-fache Wohnflaeche	20 bis 30 W/m2	40 bis 70 Euro/m2	guenstig, Boden muss feucht sein
Erdwaermesonde	40 bis 400 m, meist 80 bis 150 m	1 bis 3 Bohrungen	40 bis 70 W/m	70 bis 120 Euro/m	ganzjaehrig nutzbar, genehmigungspflichtig
Grundwasserbrunnen	10 bis 40 m	Foerder- und Schluckbrunnen	durchflussabhaengig	8.000 bis 16.000 Euro	hoechste Effizienz, strenge Auflagen
Tiefe Geothermie (hydrothermal)	1.000 bis 4.000 m	2 Bohrungen plus Anlage	3 bis 20 MW thermisch	15 bis 40 Mio. Euro	nur fuer Fernwaerme und Grossprojekte

Fuer ein durchschnittliches Einfamilienhaus ist heute die Erdwaermesonde der Standard. Sie ist unabhaengig von der Gartengroesse, funktioniert auch unter versiegelten Flaechen und liefert ueber das ganze Jahr hinweg stabile Quelltemperaturen von etwa acht bis zwoelf Grad Celsius.

Bohrlaenge und Auslegung nach Heizlast

Die benoetigte Sondenlaenge ergibt sich aus der Heizlast des Hauses und der Entzugsleistung des Untergrunds. Rechnerisch wird zuerst die Heizlast bestimmt, daraus der Strombedarf der Waermepumpe bei angenommener Jahresarbeitszahl - der Rest der benoetigten Waerme muss aus dem Boden kommen. Bei einer Entzugsleistung von etwa 50 Watt pro Meter ergibt sich daraus die Gesamtlaenge.

Heizlast	Gebaeudetyp (ca.)	Sondenlaenge gesamt	Aufteilung	Bohrkosten (ca. 80 Euro/m)
6 kW	gut gedaemmt, 110 m2	ca. 95 m	2 x 48 m	ca. 7.600 Euro
8 kW	Neubau, 140 m2	ca. 125 m	2 x 63 m	ca. 10.000 Euro
10 kW	teilsanierter Altbau, 160 m2	ca. 155 m	2 x 78 m	ca. 12.400 Euro
12 kW	grosses EFH, 200 m2	ca. 185 m	2 x 93 m	ca. 14.800 Euro
15 kW	Mehrfamilienhaus, 260 m2	ca. 235 m	2 x 118 m	ca. 18.800 Euro

In der Praxis werden meist zwei oder mehr kuerzere Bohrungen statt einer sehr tiefen ausgefuehrt. Das reduziert das Risiko, verbessert die Waermeverteilung im Untergrund und passt besser auf normal grosse Grundstuecke. Zwischen den Bohrungen sollte ein Abstand von mindestens fuenf bis sechs Metern eingehalten werden, damit sie sich nicht gegenseitig auskuehlen.

Investitionskosten im Vergleich

Zu den Bohrkosten kommen die Waermepumpe selbst, der Warmwasserspeicher, die Verrohrung, die hydraulische Einbindung und die Elektroinstallation. Fuer ein typisches Einfamilienhaus liegen die Gesamtkosten einer Erdsondenanlage 2026 zwischen ungefaehr 30.000 und 45.000 Euro. Umgerechnet auf die Heizleistung sind das etwa 1.200 bis 1.800 Euro pro Kilowatt.

System	Investition (ca.)	Euro pro kW Heizleistung	JAZ bzw. Nutzungsgrad	Waermekosten ct/kWh
Sole-Waermepumpe mit Erdsonde	30.000 bis 45.000 Euro	1.200 bis 1.800 Euro	JAZ 4,3 bis 5,0	ca. 7,0 bis 8,0 ct
Sole-Waermepumpe mit Kollektor	25.000 bis 35.000 Euro	1.000 bis 1.400 Euro	JAZ 4,0 bis 4,6	ca. 7,5 bis 8,5 ct
Grundwasser-Waermepumpe	26.000 bis 38.000 Euro	1.100 bis 1.500 Euro	JAZ 4,5 bis 5,2	ca. 6,5 bis 7,5 ct
Luft-Wasser-Waermepumpe	18.000 bis 30.000 Euro	800 bis 1.300 Euro	JAZ 3,0 bis 3,8	ca. 8,5 bis 11,0 ct
Pelletkessel	22.000 bis 32.000 Euro	700 bis 1.100 Euro	88 bis 94 %	ca. 9,0 bis 11,0 ct
Gas-Brennwert	9.000 bis 15.000 Euro	150 bis 250 Euro	96 bis 98 %	ca. 13,0 bis 15,0 ct

Die Tabelle zeigt das Grundmuster: Erdwaermepumpen sind in der Anschaffung teuer, im Betrieb aber die guenstigste Loesung. Gegenueber einer Luft-Waermepumpe kostet die Erdsondenanlage rund 10.000 bis 15.000 Euro mehr, spart dafuer aber jedes Jahr ungefaehr 150 bis 300 Euro an Strom. Die Mehrkosten amortisieren sich damit je nach Randbedingungen nach etwa 12 bis 20 Jahren.

Jahresarbeitszahl und Betriebskosten

Die Jahresarbeitszahl (JAZ) ist die wichtigste Kennzahl einer Waermepumpe: Sie gibt an, wie viel Kilowattstunden Waerme pro Kilowattstunde Strom erzeugt werden. Eine JAZ von 4,5 bedeutet also, dass aus einer Kilowattstunde Strom 4,5 Kilowattstunden Waerme entstehen - der Rest kommt kostenlos aus dem Untergrund.

Entscheidend fuer die JAZ sind die Temperaturdifferenz zwischen Waermequelle und Heizsystem. Erdwaermesonden liefern ganzjaehrig acht bis zwoelf Grad, waehrend eine Luft-Waermepumpe an kalten Wintertagen bei -10 Grad Aussenluft arbeiten muss. Deshalb erreichen Erdsondenanlagen JAZ-Werte von 4,3 bis 5,0, Luft-Waermepumpen in der Praxis meist nur 3,0 bis 3,8.

• Niedrige Vorlauftemperatur: Fussbodenheizung mit 30 bis 35 Grad ist ideal, alte Heizkoerper senken die JAZ deutlich
• Temperaturhub: jeder Grad weniger Vorlauftemperatur bringt ungefaehr 2 bis 3 Prozent mehr Effizienz
• Waermepumpenstromtarif: meist 5 bis 8 Cent guenstiger pro kWh als der normale Haushaltsstrom
• Laufzeit: viele Waermepumpen arbeiten im Teillastbetrieb effizienter als bei haeufigem Takten
• Wartung: gering, ungefaehr 100 bis 200 Euro pro Jahr, dazu Hilfsstrom und Pumpenenergie

Genehmigung, Wasserschutzgebiete und Bohrrisiko

Erdwaermesonden greifen in den Untergrund ein und sind deshalb genehmigungsbeduerftig. Zustaendig sind in der Regel die unteren Wasserbehoerden, bei Bohrungen ueber 100 Metern zusaetzlich die Bergbehoerden. Vor der Bohrgenehmigung wird geprueft, ob Grundwasserleiter betroffen sind, ob Altlasten vorliegen und ob konkurrierende Nutzungen wie Trinkwasserbrunnen oder Geothermievorhaben Dritter entgegenstehen.

1. Pruefung der geologischen Situation und des Grundwasserstands, bei Bedarf ein geologisches Gutachten
2. Klaerung, ob das Grundstueck in einem Wasser- oder Heilquellenschutzgebiet liegt
3. Antrag auf wasserrechtliche Erlaubnis bei der unteren Wasserbehoerde
4. Anzeige bei der Bergbehoerde bei Bohrungen tiefer als 100 Meter
5. Ausfuehrung durch eine zertifizierte Bohrfirma mit Dokumentation der Schichten

In Wasserschutzgebieten der Zonen I und II sind Bohrungen in der Regel ausgeschlossen, in Zone III ist eine Einzelfallpruefung erforderlich. Auch in Karstgebieten, in Heilquellenschutzgebieten und im Umfeld von Altlasten werden Erdsonden haeufig nicht genehmigt. Hier bleibt als Alternative die Luft-Waermepumpe - oder eine Erkundungsbohrung zur Klaerung.

Das Bohrrisiko ist real: Es gibt keine Garantie, dass die geplante Tiefe erreicht wird oder die erwartete Entzugsleistung erzielt wird. Serioese Anbieter raten deshalb zu einer Bohrversicherung, die auch abgeteufte Meter bei einem Fehlschlag ersetzt. Die Kosten liegen bei ungefaehr 5 bis 10 Prozent der Bohrkosten.

Tiefe Geothermie: hydrothermal und petrothermal

Ab ungefaehr 400 Metern Tiefe spricht man von tiefer Geothermie. Bei der hydrothermalen Variante wird heisses Wasser aus wasserfuehrenden Gesteinsschichten gefoerdert, nach der Waermenutzung abgekuehlt und ueber eine zweite Bohrung wieder in den Untergrund eingeleitet. Voraussetzung sind Temperaturen von mindestens etwa 80 bis 100 Grad Celsius und ausreichende Durchlaessigkeit des Gesteins.

Die petrothermale Geothermie - auch Hot-Dry-Rock oder EGS genannt - funktioniert auch dort, wo kein heisses Wasser vorhanden ist. Hier wird das Gestein durch Einpressen von Wasser unter hohem Druck kuenstlich rissig gemacht, sodass ein unterirdischer Waermetauscher entsteht. Das Verfahren ist technisch anspruchsvoll und mit einem Risiko induzierter, meist sehr schwacher Erdbeben verbunden.

Region	Tiefe (ca.)	Temperatur	Nutzung	Stand
Oberrheingraben	1.500 bis 3.500 m	120 bis 180 Grad	Strom und Fernwaerme	mehrere Anlagen in Betrieb
Sueddeutsches Molassebecken	2.000 bis 4.500 m	80 bis 140 Grad	Fernwaerme, Gewaechshaeuser	zahlreiche Projekte, teils im Netz
Norddeutsches Becken	1.200 bis 2.500 m	60 bis 100 Grad	Fernwaerme	vereinzelte Anlagen
Rheinisches Schiefergebirge	2.000 bis 3.000 m	80 bis 130 Grad	Fernwaerme in Planung	Projektphase

Fuer einzelne Hausbesitzer ist die tiefe Geothermie keine Option: Die Kosten einer Bohrung liegen im einstelligen Millionen-Euro-Bereich, dazu kommen Genehmigungsverfahren von mehreren Jahren und hohe Fuendigkeitsrisiken. Relevant ist sie vor allem fuer Stadtwerke und Fernwaermenetze.

Fuer wen sich Erdwaerme eignet

Eine Erdwaermesondenanlage ist dann eine gute Wahl, wenn das Grundstueck eine Bohrung zulaesst, das Haus eine niedrige Vorlauftemperatur hat und die Investition langfristig gedacht ist. Sie spielt ihre Staerken bei Neubauten und gut sanierten Bestandsgebaeuden mit Fussbodenheizung aus.

• Geeignet: Neubau oder sanierter Altbau mit Fussbodenheizung und Vorlauftemperaturen unter 40 Grad
• Geeignet: Grundstueck ohne Wasserschutzauflagen und ohne Karst- oder Altlastenproblematik
• Geeignet: langfristige Nutzung geplant, Finanzierung zu guenstigen Konditionen
• Weniger geeignet: kleines Grundstueck mit Brunnen, Hanglage oder schwieriger Zufahrt fuer das Bohrgeraet
• Weniger geeignet: unsanierter Altbau mit Heizkoerpern und Vorlauftemperaturen ueber 55 Grad
• Alternative bei Genehmigungsproblemen: Luft-Wasser-Waermepumpe mit niedrigerer JAZ, aber ohne Bohrung

Wer die Voraussetzungen erfuellt, bekommt eine Heizung mit sehr niedrigen Betriebskosten, geringem Wartungsaufwand und einer Lebensdauer der Erdsonden von mehreren Jahrzehnten. Die Waermepumpe selbst sollte nach etwa 15 bis 20 Jahren eingeplant werden - die Bohrung bleibt.

Haeufige Fragen

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