Ermüdung von Erdwärmesonden

Zusammenfassung
Unser Passivhaus wird seit Anfang 2002 bewohnt. Zu seiner Beheizung wird seit dieser Zeit eine Wärmepumpe mit zwei Erdwärmesonden verwendet. Von einer anfänglichen Störung der Wärmepumpe abgesehen, arbeitet die Anlage seit über 10 Jahren  störungsfrei. Jedoch konnte in den letzten Jahren ein Absinken der Soletemperaturen beobachtet werden. Der Prozess ist nicht abgeklungen, sondern scheint sich zu beschleunigen. Daher sind Überlegungen angebracht, wie ein weiteres Absinken der Leistungsfähigkeit  vermieden werden kann.

Wie ist der Bedarf?
Ein Passivhaus hat nur einen geringen Wärmebedarf. In unserem Fall liegt der Wärmebedarf für die Beheizung zwischen 19 kWh/m²/a in einem warmen Jahr und 27 kWh/m2/a in kalten Jahren. Das ist etwas mehr als die projektierten 15 kWh, aber die Raumtemperatur ist auch höher als die im Auslegungsprogramm vorgesehenen 19°C. Zusammen mit der Warmwasserbereitung werden pro Jahr aus den Erdwärmesonden ca. 3500 kWh entnommen. Die Wärmepumpe hat bei der Entnahmeleistung von ca. 3,5 kW pro Jahr in 10 Jahren etwa 10800 Betriebsstunden erreicht. Genau kann die Zahl nicht benannt werden, da weder die Verluste der Haustechnik noch die Entnahme aus den Sonden gemessen werden.
 Die Erdwärmesonden
Die Herstellung erfolgte durch eine seriöse Brunnenbaufirma mit reichlich Erfahrung. Die Sondenlänge beträgt 60 m (2 Bohrungen a 30 m). Das ist wenig, jedoch galt das für die geplante Entnahmeleistung von 3,5 kW als ausreichend, 50 bis 100 W/m wurden in der Literatur angegeben. In jedes Bohrloch wurden 2 U-Sonden eingebracht. Jede Sonde besteht aus einem Vorlauf und einem Rücklauf, die an der Spitze über ein Fußstück miteinander verbunden sind (s. Titelfoto).
 Die Beobachtungen
In den ersten Jahren wurde keine relevante Verschlechterung der Sondenleistung erkannt. Eine Aufzeichnung der Sondentemperaturen findet nicht statt, die Kontrolle ist deshalb auf Sichtprüfungen an den Thermometern beschränkt. Es gehört im Winter entweder Glück oder viel Geduld dazu, die Minimaltemperaturen zu erkennen. Subjektiv ist der Effekt in den letzten 4 Jahren erkennbar. Mittlwerweile (Jan 2015) liegt die Soletemperatur bei -1/-3°C – und das trotz mildem Winter.
Die Bezeichnung -1/-3°C bedeutet, dass die Wärmepumpe die Sole bis auf -3°C abkühlen muss um die benötigte Energie aus dem Erdreich zu ziehen. In den Erdsonden erwärmt sich die Sole dann auf -1°C, die sog. Spreizung beträgt 2°C (oder 2 K für die Techniker).
Leider nimmt die Effizienz der Wärmepumpe unterhalb von 0°C deutlich ab, so dass mehr elektrische Energie eingesetzt werden muss, um die gleiche Heizleistung zu erhalten. Aus meiner Sicht noch unangenehmer ist die Tendenz, die deutlich nach unten zeigt. Durch die tiefen Temperaturen entstehen im Erdreich um die Sonde jetzt Frost/Tau-Wechsel, die vermutlich die Leistungsfähigkeit noch weiter verringern.
Es wird also Zeit, etwas zu unternehmen. Welche Überlegungen dabei angestellt werden und zu welchen  Entscheidungen ich komme, werde ich in weiteren Beiträgen an dieser Stelle berichten.
Hans-Peter Scheerer

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Weitere Details und die Studie gibt es hier.