Erdwärmespeicher und Sonnenwärme

Erdreich speichert Wärme. Das ist keine neue Erkenntnis, sondern eine Eigenschaft, die sich seit Jahrhunderten nutzen lässt. Ein Keller bleibt im Sommer kühl und im Winter mild, weil die Erde um ihn herum träge auf Temperaturschwankungen reagiert. Die moderne Technik macht daraus einen Speicher, der Sonnenwärme über Monate hält und im Winter wieder abgibt. Der Beitrag erklärt, wie ein solcher Erdspeicher funktioniert, wie er geladen wird und welche Verluste zu beachten sind.

Warum Erdreich ein guter Speicher ist

Erdreich hat eine große Masse und leitet Wärme schlecht. Beides zusammen sorgt dafür, dass Temperaturänderungen langsam durchdringen. In einer Tiefe von wenigen Metern liegt die Temperatur das ganze Jahr über nahe am Jahresmittel der Lufttemperatur, mit einer Verzögerung von einigen Wochen. Wer diesen natürlichen Puffer gezielt nutzt, kann Wärme einlagern, wenn sie im Überfluss vorhanden ist, und sie abrufen, wenn sie fehlt. Entscheidend ist, dass die Wärme nicht nach außen abfließt, sondern in einem begrenzten Volumen bleibt. Deshalb wird der Speicher gedämmt, meist nach oben und an den Seiten, wo der Verlust am größten wäre.

Wie der Speicher aufgebaut wird

Ein Erdspeicher besteht aus einer großen Menge Material, durch die Rohre führen. Das kann gewachsenes Erdreich sein, das mit einem Raster aus Rohren durchzogen wird, oder ein künstlicher Körper aus Kies und Beton. Beim Bau wird zunächst eine Dämmung verlegt, dann das Rohrsystem, dann das Material. Die Rohre werden zu einem Verteiler geführt, der sie mit der Wand, dem Dach und der Lüftung verbindet. Wichtig ist, dass die Rohre gleichmäßig verteilt sind, damit die Wärme nicht an einzelnen Stellen hängen bleibt. Der Aufbau ähnelt einer Fußbodenheizung, nur liegt er unter dem Gebäude statt in ihm.

Das Laden im Sommer

Im Sommer sammelt das Dach Wärme. Flächen, die ohnehin der Sonne ausgesetzt sind, werden zu Kollektoren, indem Rohre zwischen Dachhaut und Dämmung liegen. Das Wärmeträgermedium erwärmt sich und transportiert die Wärme in den Erdspeicher. Dort gibt sie das Medium ab und kühlt sich ab, um erneut aufs Dach zu steigen. Auf diese Weise füllt sich der Speicher über die warmen Monate. Ein Teil der Wärme geht verloren, weil kein Speicher vollkommen dicht ist. Der Verlust hängt von der Dämmung, der Größe und der Temperatur ab. Wer den Speicher groß genug wählt, hat trotz Verlust im Winter genug Wärme.

Das Entladen im Winter

Wenn die Außenluft kalt wird, kehrt sich die Richtung um. Das Medium fließt durch den Speicher, nimmt dessen Wärme auf und trägt sie zur Temperaturbarriere in der Wand und zur Lüftung. Die Wand gibt die Wärme an die Räume ab, die Lüftung erwärmt die frische Luft. Weil die Vorlauftemperaturen niedrig bleiben, reicht die gespeicherte Wärme für weite Teile des Winters. In sehr kalten Perioden kann ein kleiner Zusatzheizer oder ein Kamin die Lücke schließen. Wie die Wand diese Wärme verteilt, steht im Beitrag zur Temperaturbarriere.

Größe und Verluste richtig einschätzen

Die Größe des Speichers folgt aus dem Bedarf. Ein Haus mit geringem Wärmebedarf braucht weniger Volumen als ein unsaniertes Gebäude. Wer den Speicher zu klein plant, kann im Winter nicht genug Wärme abrufen. Wer ihn zu groß baut, verschenkt Geld und Fläche. Neben der Größe zählt die Temperatur: Ein Speicher, der stark aufgeheizt wird, verliert mehr als einer, der auf mittlerem Niveau bleibt. Deshalb arbeiten passive Systeme mit mäßigen Temperaturen und großen Flächen statt mit heißen kleinen Speichern. Eine saubere Heizlastberechnung ist die Grundlage für diese Auslegung, siehe Heizlast berechnen.

Grenzen und Standortfragen

Ein Erdspeicher braucht Platz und ein geeignetes Grundstück. Wo der Grundwasserspiegel hoch ist oder das Erdreich wenig tragfähig, wird der Aufbau aufwendig. Auch die Geologie spielt eine Rolle, weil verschiedene Böden Wärme unterschiedlich leiten und speichern. In dicht bebauten Lagen fehlt oft der Raum für einen Speicher neben dem Haus, sodass nur die Fläche unter dem Gebäude bleibt. Wer diese Bedingungen früh prüft, vermeidet späte Überraschungen. Wer sie ignoriert, plant einen Speicher, der nie gebaut wird. Für Sanierungen ohne Platz im Boden bleiben Lüftung und Hülle die ersten Hebel, wie im Bereich zur energetischen Sanierung beschrieben.

Wie der Speicher geladen und entladen wird

Das Laden und Entladen folgt einem einfachen Kreislauf. Ein Wärmeträgermedium, meist Wasser mit Frostschutz, fließt in Rohren zwischen Dach, Speicher und Wand. Im Sommer nimmt es auf dem Dach Wärme auf und gibt sie im Speicher ab. Im Winter nimmt es im Speicher Wärme auf und gibt sie in der Wand ab. Eine Pumpe hält den Kreislauf in Gang, und eine Regelung entscheidet, wann geladen und wann entladen wird. Weil die Temperaturen niedrig bleiben, sind die Verluste gering und die Anforderungen an die Rohre überschaubar. Entscheidend ist, dass die Regelung den Speicher nicht überhitzt, weil hohe Temperaturen die Verluste erhöhen.

Wartung und Betrieb

Ein Erdspeicher ist wartungsarm, aber nicht wartungsfrei. Die Rohre müssen dicht bleiben, damit kein Wasser austritt und kein Erdreich aufweicht. Die Pumpe und die Ventile brauchen gelegentliche Kontrolle, und die Regelung sollte einmal im Jahr geprüft werden. Wird der Speicher im Sommer nicht richtig geladen, fehlt die Wärme im Winter, und der Fehler zeigt sich erst Monate später. Deshalb gehört ein Blick auf die Ladebilanz zur jährlichen Routine. Wer diese Kontrolle vernachlässigt, merkt den Ausfall erst, wenn es kalt wird.

Wirtschaftlichkeit und Amortisation

Ein Erdspeicher kostet vor allem beim Bau, durch Aushub, Dämmung, Rohre und Regelung. Dem stehen niedrige Betriebskosten gegenüber, weil die Wärme aus Sonne und Boden kommt und keine Brennstoffe verbraucht werden. Ob sich die Investition rechnet, hängt von den Energiepreisen, der Größe des Gebäudes und der Nutzungsdauer ab. In einem gut gedämmten Neubau mit geringem Bedarf ist der Speicher kleiner und günstiger. In einem unsanierten Haus wäre er groß und teuer, weshalb dort zuerst die Hülle an die Reihe kommt. Wer die Zahlen prüft, sollte beide Fälle getrennt rechnen.