Wasser-Wasser-Wärmepumpe: Voraussetzungen, Funktion & Kosten

Voraussetzung: Förderbrunnen und Schluckbrunnen

Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe steht nach den Sole-Wasser-Wärmepumpen und der  Luft-Wasser-Wärmepumpen  auf Platz drei der meist verwendeten Wärmepumpen. Auch wenn Grundwasser aufgrund seiner Eigenschaften als Energiequelle für die Wärmepumpentechnik ideal ist, ist der Bau der Anlage aufwendiger und mit entsprechenden  Genehmigungen für die Wärmepumpe  verbunden. Für den Betrieb einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe sind zwei Grundwasserbrunnen erforderlich: ein Förderbrunnen, der auch Saugbrunnen genannt wird, sowie ein Schluckbrunnen.  

Durch den Förderbrunnen wird das Grundwasser nach oben gepumpt, während es über den Schluckbrunnen derselben Grundwasserschicht wieder zugeführt wird. Über die spezielle  Funktion der Wärmepumpe  lässt sich die Umweltwärme nutzen, um das Heizungswasser sparsam und effizient auf die geforderten Temperaturen zu bringen. Die Tiefe des Förderbrunnens sowie des Schluckbrunnens kann je nach Stand des Grundwassers zwischen 4 und 15 Metern variieren. Tiefer sollte nicht gebohrt werden, da der Energieaufwand für das Pumpen nicht wirtschaftlich wäre.

Worauf ist bei der Bohrung von Grundwasserbrunnen zu achten?

Ein Grundwasserbrunnen ist genehmigungspflichtig. Gebaut werden darf und kann er dabei nur, wenn neben den technischen auch die hohen gesetzlichen Vorgaben erfüllt werden. Wichtig ist es dabei zum Beispiel, dass:

• ausreichend Grundwasser zur Verfügung steht
  
• das Einzugsgebiet kein Wasser- oder Heilquellenschutzgebiet ist
  
• das Grundwasser ganzjährig relativ konstante Temperaturen hat
  
• bestimmte chemische Grenzwerte des Wassers eingehalten werden
  

Wird ein neuer Grundwasserbrunnen geplant, muss unbedingt auf die Strömungsrichtung der unterirdischen Wasservorkommen geachtet werden. Denn nur wenn  Saug- und Schluckbrunnen  im richtigen Abstand und in der richtigen Reihenfolge zueinander angeordnet werden, kann ein sogenannter Kurzschluss vermieden werden. Dabei würde die Wärmepumpe das bereits abgekühlte und über den Schluckbrunnen ins Erdreich geleitete Wasser ansaugen, wodurch ihre Leistung auf ein Minimum sinkt.

Entscheidung liegt in der Regel bei der unteren Wasserbehörde

Wer direkten Zugang zu einem Fluss oder See hat, kann unter bestimmten Voraussetzungen über einen Zwischenkreis auch die Wärme dieser Gewässer nutzen. Allerdings eignet sich Oberflächenwasser für den Betrieb einer derartigen Wärmepumpe nur bedingt, da es aufgrund von Algen zu einer Verschmutzung der Anlage oder wegen der Schneeschmelze zu einer starken Abkühlung kommen kann. Problematisch kann auch die Fließgeschwindigkeit sein, die 0,8 Meter pro Sekunde oder weniger betragen sollte. Ob eine Wärmepumpe mit Grundwasserbrunnen gebaut und betrieben werden kann, entscheidet in der Regel die untere Wasserbehörde der jeweiligen Landkreise.

Die Funktionsweise einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe

Aus dem Förderbrunnen, dessen Tiefe sich am Stand des Grundwasserspiegels orientiert, wird Grundwasser nach oben gepumpt und zur eigentlichen  Wärmepumpe  weitergeleitet. Auch bei der Wasser-Wasser-Wärmepumpe gibt es ebenso wie bei der Sole-Wasser-Wärmepumpe einen Kältemittelkreislauf. Das Kältemittel nimmt die Wärme aus dem Grundwasser auf. Ein mit Strom betriebener  Scrollverdichter  komprimiert das Kältemittel, sodass  der Druck ansteigt und sich die Temperatur weiter erhöht.

Über einen  Wärmetauscher  wird die Wärme des nun gasförmigen Kältemittels an das Heizungswasser im Haus abgegeben. Dabei kühlt sich das Kältemittel ab und verflüssigt sich wieder. Dieser Vorgang wird durch ein Expansionsventil unterstützt, das gleichzeitig den Druck kontrolliert. Das um durchschnittlich fünf Grad kältere Grundwasser wird über Rohre in den Schluckbrunnen geleitet. Nun startet der Kreislauf erneut mit der Folge, dass das  Kältemittel  wieder Wärme aus dem Förderbrunnen aufnimmt. Das folgende Video stellt die Funktionsweise von Wärmepumpen anschaulich dar.  

Wann könnte die Genehmigung verweigert werden?

Bei bestimmten Sachverhalten kann die Genehmigung für den Bau beziehungsweise Betrieb einer solchen Wärmepumpe verweigert werden.  

• Wenn es sich zum Beispiel um die Nutzung von Grundwasser aus einem Wasserschutzgebiet oder einem Heilquellenschutzgebiet handelt.
• Aus technischen Gründen ist eine Genehmigung für eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe ausgeschlossen, wenn es sich um die Nutzung von gespanntem Grundwasser handelt. Dies ist Grundwasser, das unter Druck steht.
• Ein Verbot wird auch dann ausgesprochen, wenn das Grundwasser für die Wärmepumpe genutzt werden soll, ohne dass es in die Grundwasserschicht zurückgeleitet wird.
• Ist die vorhandene Grundwassermenge nicht ausreichend, wird der Bau ebenfalls verweigert. Die Ergiebigkeit kann in einem dreitägigen Dauerpumpversuch überprüft werden.

Der Bau einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist nicht empfehlenswert, wenn das Grundwasser am geplanten Standort einen zu hohen Gehalt an Mangan oder Eisen aufweist. Es könnten sich Oxide anlagern, die die Funktionsfähigkeit des Wärmetauschers beeinträchtigen. Deshalb ist eine Analyse des Grundwassers vor dem Bau ratsam.

Vor- und Nachteile im Überblick

Eine Wärmepumpe für Wasser-Wasser-Anwendungen bietet einige Vorteile. Dazu gehört der geringe Platz, den sie benötigt. Unter der Voraussetzung, dass die Temperatur des Grundwassers relativ hoch ist, erweist sich das Heizsystem als sehr wirtschaftlich.

Ein weiterer Vorteil gegenüber anderen Wärmepumpen besteht in der konstanten Temperatur des Grundwassers durch alle Jahreszeiten, sodass die Anforderungen an die Anlage sehr genau berechnet und individuell angepasst werden können. Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe kann nicht nur zum Aufwärmen von Brauchwasser, sondern auch zur Erwärmung von Heizwasser sowie im Sommer zum Kühlen verwendet werden.

Wärmepumpenanlagen, die aus Grundwasser gespeist werden, eignen sich hervorragend für den monovalenten Betrieb. Das heißt, dass als Heizenergie allein die Nutzung der Wasser-Wasser-Wärmepumpe ausreicht und die Inbetriebnahme einer weiteren Heizanlage entbehrlich ist.

Worin liegen die Nachteile?

Ein Nachteil ist, dass der Aufwand für die Installation einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe aufgrund der beiden Brunnenbohrungen vergleichsweise hoch ist. Das gilt nicht nur für den Planungs- und Arbeitsaufwand, sondern auch für die damit verbundenen Kosten. Je nach Energieaufwand für den Pumpvorgang und den damit verbundenen Stromverbrauch kann sich die Effizienz der Anlage verschlechtern. Ein weiterer Nachteil sind die engmaschigen gesetzlichen Vorgaben, die den Betrieb einer Wärmepumpe für Wasser-Wasser-Anwendungen deutlich erschweren. Den Kreislauf sollte ein Fachmann regelmäßig kontrollieren. Bei einer geringen Gefährdung des Trinkwassers kann es passieren, dass die Anlage stillgelegt werden muss. Außerdem ist die zuständige Verwaltungsbehörde über bauliche Veränderungen an der Anlage oder ihre Stilllegung umgehend zu informieren.

Kosten und Fördermittel für eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe

Die Ausgaben für eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe sind vor allem durch die nötigen Brunnenbohrungen vergleichsweise hoch. So kosten diese abhängig von den örtlichen Gegebenheiten zwischen 5.000 und 10.000 Euro. Hinzu kommen die Kosten der Wasser-Wasser-Wärmepumpe selbst, die mit 10.000 bis 15.000 Euro zu Buche schlagen. Erreicht die Wärmepumpenanlage jedoch eine hohe Effizienz, gemessen an der jahreszeitbedingten Raumheizungseffizienz (ETAs), unterstützt der Staat Interessenten mit hohen Zuschüssen. Wir hoch diese ausfallen und wie die Mittel zu beantragen sind, erklären wir im Beitrag zur Förderung für eine Wärmepumpe.

Die Abwasser-Wärmepumpe als Unterart

Ein Spezialfall der Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist die  Abwasser-Wärmepumpe. Diese kommt ganz ohne Bodenbohrung aus und nutzt – wie der Name es vermuten lässt - die thermische Energie im Abwasser, die ansonsten ungenutzt in die Kanalisation landen würde. Im Einfamilienhaus kommt diese Form der Wärmepumpe allerdings nicht zum Einsatz. Ihre Anschaffung lohnt sich erst in großen Komplexen wie Krankenhäusern, Schwimmbädern oder Wohngebäuden mit über 25 Wohneinheiten. Um Spitzenlasten abfedern zu können, kommt sie meist im bivalenten Betrieb mit einem BHKW zum Einsatz.