Charakteristisch für die mit Wärmepumpen genutzte Energie ist das geringe Temperaturniveau. Zur Wärmenutzung wird daher eine Einrichtung zur Temperaturerhöhung, beispielsweise eine Wärmepumpe benötigt. Für deren Betrieb ist generell noch von außen zugeführte Energie wie Strom aus dem öffentlichen Versorgungsnetz notwendig.

Systeme zur Nutzung der oberflächennahen Erdwärme bestehen aus drei Elementen:

Wärmequellenkreislauf: Anlage zum Entzug der Energie (Luft, Wasser, Erdreich)
Wärmepumpenkreislauf: Wärmepumpe zur Erhöhung des Temperaturniveaus
Heizkreislauf: Anlage zur Einspeisung der Wärme in das Gebäude
Die drei genannten Kreisläufe stellen in sich geschlossene Systeme dar. Die Wärmeübertragung findet mittels Wärmetauschern von einem Kreislauf in den anderen statt.

Informieren Sie sich am besten gleich über die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten dieser regenerativen Energiequelle.

Erdwärme steht als erneuerbare Energiequelle unabhängig von Tages- oder Jahreszeiten zur Verfügung. Der Einsatz einer Geothermie-Anlage garantiert dauerhaft niedrige Betriebskosten. Als Selbstversorger machen Sie sich mit dieser modernen Energieform weniger abhängig von Energieversorgern und steigern langfristig den Wert Ihrer Immobilie.

Das Prinzip der Wärmepumpe basiert auf dem Entzug von thermischer Energie aus einer Wärmequelle auf niedrigem Temperaturniveau. Als Wärmequelle werden Luft, Wasser und das Erdreich genutzt. Die entzogene thermische Energie wird anschließend auf einem höheren Temperaturniveau im Heizkreislauf verwendet. Für den Betrieb der Wärmepumpe muss elektrische Antriebsenergie zugeführt werden.

Die elektrische Kompressionswärmepumpe, die häufig eingesetzt wird, besteht aus verschiedenen Systemelementen: Verdampfer, Verdichter, Entspannungsventil und Wärmetauschern.
In einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert ein Arbeitsmittel. Als Arbeitsmittel werden in neuen Anlagen vorwiegend unbrennbare synthetische Fluorkohlenwasserstoffe (FKW) wie R 134a und R 407C, Ammoniak und Kohlenwasserstoffe wie Propan und Kohlendioxid eingesetzt.
Dieses flüssige Arbeitsmittel wird bei niedrigem Druck und bei niedriger Temperatur im Verdampfer durch Wärmezufuhr aus der Wärmequelle (Luft, Wasser, Erdreich) bei einem niedrigen Siedepunkt verdampft. Das gasförmige Arbeitsmittel wird anschließend vom Verdichter angesaugt und verdichtet. Dieser Arbeitsmitteldampf wird durch die Druckerhöhung auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Im Verflüssiger wird durch den zugeführten Heizwasserstrom geringer Temperatur das Arbeitsmittel unter hohem Druck und Wärmeabgabe an das Heizungssystem wieder verflüssigt. Über das Entspannungsventil tritt das verflüssigte Arbeitsmittel wieder in den Niederdruckteil über, in dem der Kreislauf von neuem beginnt.

Vereinfacht erklärt, funktioniert eine Wärmepumpe nach dem umgekehrten Prinzip wie ein Kühlschrank, nur das dort niedrige Temperaturen erzeugt werden.
    
Übrigens: Jede geothermische Anlage kann mithilfe einer speziellen Wärmepumpe auch für die Kühlung von Gebäuden genutzt werden.

Das Prinzip der Wärmepumpe basiert auf dem Entzug von thermischer Energie aus einer Wärmequelle auf niedrigem Temperaturniveau. Als Wärmequelle werden Luft, Wasser und das Erdreich genutzt. Die entzogene thermische Energie wird anschließend auf einem höheren Temperaturniveau im Heizkreislauf verwendet. Für den Betrieb der Wärmepumpe muss elektrische Antriebsenergie zugeführt werden.

Die elektrische Kompressionswärmepumpe, die häufig eingesetzt wird, besteht aus verschiedenen Systemelementen: Verdampfer, Verdichter, Entspannungsventil und Wärmetauschern.
In einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert ein Arbeitsmittel. Als Arbeitsmittel werden in neuen Anlagen vorwiegend unbrennbare synthetische Fluorkohlenwasserstoffe (FKW) wie R 134a und R 407C, Ammoniak und Kohlenwasserstoffe wie Propan und Kohlendioxid eingesetzt.
Dieses flüssige Arbeitsmittel wird bei niedrigem Druck und bei niedriger Temperatur im Verdampfer durch Wärmezufuhr aus der Wärmequelle (Luft, Wasser, Erdreich) bei einem niedrigen Siedepunkt verdampft. Das gasförmige Arbeitsmittel wird anschließend vom Verdichter angesaugt und verdichtet. Dieser Arbeitsmitteldampf wird durch die Druckerhöhung auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Im Verflüssiger wird durch den zugeführten Heizwasserstrom geringer Temperatur das Arbeitsmittel unter hohem Druck und Wärmeabgabe an das Heizungssystem wieder verflüssigt. Über das Entspannungsventil tritt das verflüssigte Arbeitsmittel wieder in den Niederdruckteil über, in dem der Kreislauf von neuem beginnt.

Vereinfacht erklärt, funktioniert eine Wärmepumpe nach dem umgekehrten Prinzip wie ein Kühlschrank, nur das dort niedrige Temperaturen erzeugt werden.

Übrigens: Jede geothermische Anlage kann mithilfe einer speziellen Wärmepumpe auch für die Kühlung von Gebäuden genutzt werden.

Als Erdwärmesonden werden Bohrungen in den Untergrund bis zu 100 m Tiefe oder darüber hinaus bezeichnet, in die vertikale Wärmetauscherrohre in Form von Doppel-U-Sondenrohren aus Kunststoff (HDPE oder PeXa) oder so genannte Koaxialsonden eingebaut werden.
Bei diesem System erfolgt der Wärmeentzug über ein Wärmeträgermedium (Wasser, Alkohol bzw. weitere Stoffe), das in einem geschlossenen Kreislauf in den Rohren zirkuliert. Nach der Abgabe der thermischen Energie über einen Wärmetauscher an die Wärmepumpe wird dem Untergrund erneut Wärme entzogen. Bei diesen geschlossenen Systemen kommt es dabei zu keinem direkten Kontakt zwischen dem Wärmeträgermedium und dem Gestein.
Für dieses System ist nur ein geringer Platzbedarf erforderlich. Durch die tiefen vertikalen Wärmetauscher werden höhere Quellentemperaturen unabhängig von den jahreszeitlichen Temperaturen an der Erdoberfläche genutzt. Zudem ist für den Bau eine behördliche Genehmigung erforderlich, die von den Untergrundverhältnissen am geplanten Standort (Gesteine, Grundwasserverhältnisse etc.) abhängt.

Bei dieser Nutzung wird das Grundwasser in einem offenen Kreislauf genutzt. Das Grundwasser für die Wärmepumpe wird dem Untergrund über einen oder mehrere Förderbrunnen entnommen. Die gespeicherte thermische Energie im Grundwasser wird dem Kreislauf über den Wärmetauscher der Wärmepumpe entzogen und dort auf ein höheres Temperaturniveau gebracht.
Anschließend wird das abgekühlte Grundwasser über einen oder mehrere Schluckbrunnen wieder in den Untergrund eingeleitet. Der Schluckbrunnen  wird in Grundwasserfließrichtung in ausreichendem Abstand vom Förderbrunnen platziert.

Ein Vorteil bei diesem System liegt in der guten Energieeffizienz, da das Grundwasser vergleichsweise viel Energie enthält. Ob die Nutzung von Brunnen möglich ist, hängt von den geologischen Bedingungen am Standort ab. Es muss genügend Wasser zum Betrieb der Wärmepumpe vorhanden sein. Eine gute Durchlässigkeit des Bodens ist notwendig, um das entnommene Wasser wieder zu versickern. Der Bau von Brunnen erfordert zudem größere Investitionskosten und einen höheren Wartungsaufwand.
Für dieses System ist eine behördliche Genehmigung sowie eine detaillierte fachtechnische Begutachtung zur Bewertung der Standortverhältnisse und der vorhandenen Wassermenge und -qualität notwendig.

Eine Luftwärmepumpe entzieht der Luft über einen Wärmetauscher direkt aus der Umgebung Wärme. Diese Wärme wird in der Wärmepumpe auf einem höheren Temperaturniveau dem Heizungs- und/oder Warmwasserkreislauf zur Verfügung gestellt. Da die Umgebungsluft nicht gefriert, ist auch bei niedrigen Temperaturen im Winter stets genügend Wärmeenergie zur Nutzung vorhanden.
Die Investitionskosten sind vergleichsweise gering, da kein weiteres System zum Entzug der Wärme gebaut werden muss. Allerdings weist die Luftwärmepumpe bei sehr tiefen Außentemperaturen eine geringere Effizienz als erdgekoppelte Systeme auf.

Spiralkollektoren
Spiralkollektoren bestehen aus Kunststoffrohren (HDPE, PeXa), die in spiralförmiger Anordnung in Tiefen von bis zu 7 m eingesetzt werden. Die Einbringung erfolgt in den oberflächennahen Bodenschichten; die Spiralkollektoren stellen eine Alternative dar, falls Erdwärmesonden-Bohrungen von der zuständigen Behörde nicht genehmigt werden.
Der Einbau erfolgt mit einem Bagger bzw. im so genannten Trockenbohrverfahren mit einer Bohrschnecke. Anschließend erfolgt die Hinterfüllung des Ringraumes und der Anschluss an die Heizungsanlage über horizontale Leitungsgräben. Die Entzugsleistung kann mittels einer Versickerung von Regenwasser in entsprechend aufnahmefähigen Böden verbessert werden.

Energiepfähle
Falls Bauwerke bei schwierigen Untergrundverhältnissen mit einer Pfahlgründung ausgerüstet werden, empfiehlt sich eine Nutzungsprüfung des Untergrundes für Energiepfähle.
Energiepfähle sind geothermisch aktivierte Pfähle verschiedener Bauarten. Entscheidend ist die Tragfähigkeit der Pfähle, die geothermische Nutzung erfolgt ergänzend mit dem Einbau entsprechender Wärmetauscherrohre.

Schrägbohren
Falls nur wenig Platz für Erdwärmesonden-Bohrungen zur Verfügung steht und nicht in tieferliegende Grundwasserstockwerke eingegriffen werden soll, kann der Einbau von einem Schacht in der Grundstücksmitte aus mittels schräg gebohrter Erdwärmesonden in sternförmiger Anordnung erfolgen. Die Längen und Neigungswinkel richten sich nach der möglichen Nutzungstiefe und -breite.