Wasser-Wasser-Wärmepumpen

Wasser-Wasser-Wärmepumpen werden auch Grundwasserwärmepumpen genannt und gewinnen Wärmeenergie aus dem Grundwasser. Sie sind effizienter als Luft-Wasser-Wärmepumpen und Sole-Wasser-Wärmepumpen, kommen allerdings weniger häufig zum Einsatz.

Funktionsweise von Wasser-Wasser-Wärmepumpen

Bei Wasser-Wasser-Wärmepumpen dient das Grundwasser als Wärmequelle. Das Grundwasser weist ganzjährig etwa acht bis zwölf Grad Celsius auf und unterliegt kaum Temperaturschwankungen. So kann die Grundwasserwärmepumpe auch im Winter sehr effizient arbeiten. Für den Betrieb werden ein sogenannter Saugbrunnen und ein Schluckbrunnen benötigt. Eine Brunnenpumpe fördert das Grundwasser durch den Saugbrunnen zur Wärmepumpe und anschließend über den Schluckbrunnen wieder zurück in den Grundwasserleiter. Dabei muss auf die Fließrichtung des Grundwassers und genügend Abstand der Bohrungen voneinander geachtet werden. Das abgekühlte Grundwasser muss in Fließrichtung gesehen hinter dem Saugbrunnen eingeleitet werden, damit es nicht zur Abkühlung des angesaugten Grundwassers kommt.

Wärmepumpen nutzen Umweltenergie und machen diese mit Hilfe eines Kältekreislaufs für die Gebäudebeheizung und Warmwassererwärmung nutzbar. Sie arbeiten mit einem Kältemittel, das bereits auf sehr niedrigem Temperaturniveau verdampft. Über einen Verdampfer wird der Umgebung, in diesem Fall dem Grundwasser, Wärme entzogen. Der Kältemitteldampf wird zu einem Kompressor bzw. Verdichter weitergeleitet. Dieser erhöht den Druck des Kältemittels, das dadurch weiter erwärmt wird, daher der Begriff „Wärmepumpe“. Im Anschluss gibt das Kältemittel die Wärmeenergie über einen Kondensator an das Heizungswasser ab und wird dadurch wieder flüssig. Im letzten Schritt erfolgt die Entspannung durch ein Expansionsventil und das Kältemittel kühlt weiter ab. Der Prozess beginnt von vorn.

Voraussetzungen für eine Grundwasserwärmepumpe

Für den Betrieb einer Grundwasserwärmepumpe muss Grundwasser ganzjährig in ausreichender Menge und Qualität über viele Jahre, mindestens entsprechend der Lebensdauer der Wärmepumpe, zur Verfügung stehen. Das Grundwasser sollte in einer Tiefe zwischen etwa acht bis zwanzig Meter verfügbar sein. Dann ist einerseits die Temperatur des Grundwassers in der Regel hoch genug und andererseits der Brunnenbau nicht zu teuer. Es müssen zwei Brunnen angelegt werden. Für die dafür notwendigen Bohrungen sind Genehmigungen von verschiedenen Behörden erforderlich. Erste Anlaufstelle ist die untere Wasserbehörde. In Wasserschutzgebieten ist eine Genehmigung unwahrscheinlich. Zudem muss das Grundwasser bezüglich seiner chemischen Zusammensetzung geeignet sein. Enthält es zu viel Eisen oder Mangan, kann es zu einer sogenannten Verockerung kommen. Hierbei lagern sich Eisen- und Manganoxide ab. Diese kann zu Betriebsstörungen der Wärmepumpe führen. In diesem Fall sollte auf die Installation einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe verzichtet werden.

Gebäude und Heizsystem sollten für den effizienten Betrieb einer Wärmepumpe bestimmte Voraussetzungen erfüllen: Neben einer guten Dämmung des Hauses, die den Heizenergiebedarf geringhält, ist vor allem eine möglichst niedrige Systemtemperatur der Heizungsanlage essenziell für den effizienten Betrieb einer Wärmepumpe und damit einen geringen Stromverbrauch. Daher ist eine Flächenheizung in Form einer Wand- oder Fußbodenheizung besonders gut für den Wärmepumpenbetrieb geeignet. Es können aber auch große Heizkörper oder so genannte Tieftemperaturheizkörper mit kleinen Ventilatoren installiert werden. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, können Grundwasserwärmepumpen auch in Bestandsgebäuden eingesetzt werden.

Vorteile und Nachteile von Wasser-Wasser-Wärmepumpen

Grundwasserwärmepumpen punkten mit der höchsten Energieeffizienz unter den Wärmepumpen und damit geringen Betriebskosten. Sie benötigt auch bei sehr kalten Außentemperaturen keine elektrische Zusatzheizung wie einen Elektroheizstab. Im Sommer kann zudem das kühle Grundwasser zur „passiven“ Kühlung des Gebäudes genutzt werden. Dabei bleibt der Kältekreislauf ausgeschaltet. Die Investitionskosten sind oft geringer als bei Sole-Wasser-Wärmepumpen mit Erdsondenbohrungen. Allerdings ist die Installation nur möglich, wenn ausreichend geeignetes Grundwasser zur Verfügung steht. Zudem ist im Vorfeld eine ausführliche Untersuchung der hydrogeologischen Verhältnisse am Einbauort erforderlich. Der Planungsaufwand ist höher als bei anderen Wärmepumpen.

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