Fast zwei Drittel aller neuen Wärmepumpen im privaten Wohnungsbau arbeiten mit Erdwärmetauschern. Diese können als Erdwärmesonden (Abb. 1) vertikal in einem Bohrloch von bis zu 150 m Tiefe oder als Erdwärmekollektoren (Abb. 6) horizontal in 1,2 – 2 m tiefen Gräben verlegt werden. Entscheidungskriterien hierfür sind der vorhandene Platz, die wasserrechtliche Situation und die Bodenverhältnisse vor Ort.

Gute Voraussetzungen bieten wassergesättigte Lehmböden (Abb. 7). Bei Erdwärmesonden wird das Bohrloch rings um die Sonde mit einer Bentonit/ Zement- Füllung wieder verschlossen, um einen ungestörten Wärmeübergang zwischen Erdreich und Erdsonde zu gewährleisten und Grundwasservorkommen in unterschiedlicher Tiefe nicht künstlich miteinander zu verbinden. Abb. 8 zeigt den Temperaturverlauf im ungestörten Erdreich mit zunehmender Tiefe. Der Einfluss der Sonnenwärme ist bis zu einer Tiefe von 10 – 20 m nachweisbar. In Erdwärmesonden zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf ein Wasser-Glykol-Gemisch (Sole). Meist bestehen sie aus koaxialen oder U-förmigen Kunststoffrohren. In Erdwärmekollektoren kann auch direkt das Kältemittel (Direktverdampfer-System) allerdings in Kupferrohren zirkulieren. Dieses System hat Effizienzvorteile, da ein Wärmetauscher zwischen Wärmequelle und Wärmepumpe entfällt. Bei einer Wärmepumpenheizanlage müssen die einzelnen Komponenten – Erdwärmesonde, Wärmepumpe und Heizung – genau aufeinander abgestimmt werden, um gute technische und ökonomische Ergebnisse zu erzielen.

Ausgehend vom Wärmebedarf des Hauses werden die Länge der Erdwärmesonden und die Leistung der Wärmepumpe festgelegt. Hierzu ein Beispiel: Ein Niedrigenergiehaus erhält eine Heizung mit einer Leistung von 5 kW. Bei einer mittleren, thermischen Bodenqualität [λ = 2 W/ (m * K); ~ 55 W/m] benötigt man bei einer Jahresarbeitszahl von 3,5 für ein einzelnes Haus etwa 90 m Erdwärmesondenlänge. Wenn eine Wärmepumpe eine höhere Jahresarbeitszahl schafft, muss auch die Sondenlänge leicht erhöht werden. Um Erdwärmesonden nachhaltig über viele Jahre betreiben zu können, darf die Wärmeentnahme während der Heizperiode nur so groß sein, wie während des Sommers durch natürliche Wärmeleitung wieder regeneriert werden kann. Langzeituntersuchungen zeigen, dass bei sorgfältiger Planung ein derartiges Gleichgewicht möglich ist und die Sonden über viele Jahre zuverlässig funktionieren. Allgemein gültige Angaben zu den Investitions- und Heizkosten sind an dieser Stelle kaum möglich, da u. a. sehr verschiedene Anlagenkonzepte möglich sind, Stromsondertarife für Wärmepumpen gewährt werden und Förderprogramme existieren.