Erdreich
Bei dieser Art der Nutzung von Erdwärme, auch oberflächennahe Geothermie genannt, erschließt man die im Erdreich gespeicherte Wärme und bedient sich so des natürlichen Temperaturniveaus im Untergrund. Dieses liegt abhängig von den klimatischen und geologischen Verhältnissen in Mitteleuropa bei etwa 10°C. Nach einer Wärmenutzung regeneriert sich das Erdreich auf natürliche Weise durch Sonnenstrahlung, Außenluft oder Grundwasserströmungen.
Der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Vorlauftemperatur der Heizung ist bei einer Erdreichquelle auch im Winter gering, was einen besonders effizienten Betrieb der Wärmepumpe erlaubt. Dafür stehen drei verschiedene Systemarten zur Verfügung: vertikale Erdwärmesonden z.B. in tieferen Gräben, horizontale, über die Fläche ausgebreitete Erdwärmekollektoren und so genannte Erdwärmekörbe.
Das Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie (LBEG) hat zur Errichtung und den Betrieb erdgekoppelter Wärmepumpensysteme einen Leitfaden erstellt.
Bei Erdwärmesonden zirkuliert – wie in anderen Wärmepumpen-Systemen auch – eine frostsichere Flüssigkeit, die Sole, in einem geschlossenen Kreislauf durch ein Kunststoffrohr, nimmt die Energie des Untergrunds dabei auf und transportiert sie zur Wärmepumpe. Da ab einer Tiefe von 10 Metern die Temperatur das ganze Jahr über nahezu konstant bei rund 10°C und damit von saisonalen Schwankungen unabhängig ist, ist die Erdwärmesonde im Winter bei tiefen Temperaturen besonders effizient.
Die notwendige Länge der Sonde und damit die Tiefe der Bohrung hängen vom Wärmebedarf des Gebäudes und der Wärmeleitfähigkeit des Untergrundes ab. Bei einem durchschnittlichen neuen Einfamilienhaus liegt sie bei einer Größenordnung von rund 100 Metern. Im Sommer eignen sich Erdwärmesonden zudem sehr gut für die passive Kühlung.
Informationen dazu, ob und wo Erdwärmesonden niedergebracht werden dürfen, bietet das Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie (LBEG) frei verfügbar auf seinem NIBIS® Kartenserver.
Erdwärmekollektoren arbeiten mit einem waagerechten, sehr oberflächennahen Rohrsystem, das unter der Erde ähnlich einer Fußbodenheizung in Schlangen verlegt ist. Auch in den Kollektoren zirkuliert eine Sole. Der Erdwärmekollektor befindet sich in einer Tiefe von rund 1,5 Metern unter einer Rasen- oder sonstigen, nicht versiegelten Grundstücksfläche. Die Fläche, die der Kollektor benötigt, hängt hauptsächlich von der Größe der zu beheizenden Fläche und den Eigenschaften des Bodens ab. In der Regel liegt sie beim Eineinhalbfachen der beheizten Gebäudefläche.
Anders als Erdwärmesonden sind Kollektoren nicht genehmigungs-, sondern lediglich anzeigepflichtig. Durch den geringeren Aufwand bei der Erschließung spart man bei Erdwärmekollektoren gegenüber einer Sonde in der Regel Kosten. Sie stellen damit eine gute Alternative dar, wenn Sonden nicht oder nur unter hohen Auflagen möglich sind. Allerdings ist der Bedarf an Grundstücksfläche deutlich größer, was im Bestand eine Einschränkung sein kann.
Erdwärmekörbe und ähnliche Bauformen bieten die Möglichkeit, die Umweltwärme auf kleinerem Raum als Kollektoren zu erschließen. Die korbähnlichen spiralförmig gewundenen Rohre werden in bis zu etwa 4 Meter Tiefe vergraben. Bei Grundstücken, die zu klein für Flächenkollektoren sind, wo z. B. die vorhandene Vegetation oder Bewirtschaftung des Grundstückes Kollektoren ausschließen, oder wo Erdwärmesonden ausgeschlossen sind, stellen Erdwärmekörbe eine gute Alternative dar.
Grundwasser
Grundwasser ist die günstigste Wärmequelle, da es ab einer Tiefe von 10 Metern ganzjährig eine Temperatur von etwa 10 °C hat. Die thermische Energie des Grundwassers, das zunächst über einen Förderbrunnen gehoben und zur Wärmepumpe geleitet wird, wird dem Wasser entzogen. Anschließend wird das abgekühlte Wasser über einen Schluckbrunnen wieder in den Untergrund eingeleitet.
Für den Betrieb der Wärmepumpen werden somit zwei Brunnen gebraucht: ein Förder- und ein Schluckbrunnen. Die Wasserbehörden machen meist zur Bedingung, dass das Grundwasser in dieselbe Tiefe zurückgepumpt werden muss, aus der es entnommen wurde, so dass beide Brunnen dieselbe Tiefe haben müssen. Der Abstand zwischen Förder- und Schluckbrunnen sollte mindestens 10 Meter betragen. Der Schluckbrunnen muss in Fließrichtung des Wassers gesehen immer hinter dem Förderbrunnen liegen, daher ist die Kenntnis der Fließrichtung wichtig. Der Abstand zum Grundwasserspiegel sollte nicht mehr als 15 Meter betragen, weil die Pumpe ansonsten eine hohe Förderleistung bringen muss, wodurch sich der Stromverbrauch deutlich erhöht.
Grundwasser ist jedoch nicht überall in ausreichender Qualität und Menge verfügbar. Die Wasserqualität und die Ergiebigkeit der Brunnen müssen vorab untersucht werden. Informationen kann möglicherweise die zuständige Wasserbehörde liefern, bei der vor Baubeginn sowieso eine Anmeldung der geplanten Maßnahme erforderlich ist.
Luft
Luft als Wärmequelle kann sehr einfach und nahezu überall erschlossen werden. Es sind weder Bohrungen noch Grabungen oder besondere Genehmigungen erforderlich. Lediglich baurechtliche Vorschriften hinsichtlich des Lärmschutzes müssen beachtet werden.
Luft/Wasser-Wärmepumpen haben somit vergleichsweise günstige Anschaffungs- und Montagekosten. Ein Nachteil dieses Systems liegt in der niedrigeren Effizienz gegenüber den Grundwasser- bzw. Erdwärmepumpen. Die Effizienz der Wärmepumpe ist ausgerechnet dann am niedrigsten, wenn besonders viel Wärme im Haus gebraucht wird: In der kalten Jahreszeit, da dann die Außenluft eine niedrige Temperatur hat und als Wärmequelle weniger leistet. Entsprechend steigt dann der Stromverbrauch.
Weitergehende Informationen zum Lärmschutz bietet der "Leitfaden: Schall" des Bundesverbandes Wärmepumpe e.V.