Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe

Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe heißt auch Grundwasserwärmepumpe. Allein der Name verrät ihre Energiequelle, das Grundwasser. Das Grundwasser ist der ideale Energieträger für die Wärmepumpe Wasser-Wasser, da es ganzjährig eine Temperatur zwischen 8 und 12 Grad Celsius aufweist. Saisonale Schwankungen wie bei der Sole-Wasser-Wärmepumpe oder der Luft-Wärmepumpe, deren Energiequelle das Erdreich oder die Umgebungsluft sind, gibt es bei der Wasser-Wasser-Wärmepumpe nicht.

Funktionsweise der Wasser-Wasser-Wärmepumpe anhand der Abbildung eines Hauses

Funktionsweise der Wasser-Wasser-Wärmepumpe

Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe: Förderbrunnen und Schluckbrunnen

Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe steht nach der Sole-Wasser-Wärmepumpe und der Luft-Wasser-Wärmepumpe auf Platz 3 der verwendeten Wärmepumpen. Auch wenn Grundwasser aufgrund seiner Eigenschaften als Energiequelle für die Wärmepumpentechnik ideal ist, ist der Bau der Anlage aufwändiger. Für den Betrieb einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe sind zwei Brunnen 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. Dazwischen läuft ein Prozess ab, bei dem das nach oben gepumpte Grundwasser durch die Wasser-Wasser-Wärmepumpe erwärmt und nach Gebrauch wieder abgekühlt wird. 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.

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 Wasser-Wasser-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. Außerdem ist eine Genehmigung beziehungsweise die Zustimmung der zuständigen Gewässerbehörde zwingend erforderlich.

Die Funktionsweise einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe

Aus dem Förderbrunnen, dessen Tiefe sich am Stand des Grundwasserspiegels orientiert, wird Grundwasser nach oben gepumpt und zur 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 Verdichter verdichtet das Kältemittel, sodass sich die Temperatur weiter erhöht, wodurch der Druck ansteigt. Über einen Wärmetauscher wird die Wärme des nunmehr gasförmigen Kältemittels an einen im Haus positionierten Wärmespeicher abgegeben, der an die Heizanlage und die Warmwasseraufbereitung gekoppelt ist. Durch die Abgabe der Wärme kühlt sich das Kältemittel ab und verflüssigt sich wieder. Dieser Vorgang wird durch ein Expansionsventil beschleunigt, das gleichzeitig den Druck in der Wasser-Wasser-Wärmepumpe 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 entnimmt.

Wasser-Wasser-Wärmepumpe: Verweigerung der Genehmigung

Bei bestimmten Sachverhalten kann die Genehmigung für eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe verweigert werden. Zum Beispiel:

  • Wenn es sich 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 Wasser-Wasser genutzt werden soll, ohne dass es in die Grundwasserschicht zurückgeleitet wird.
  • Ist die vorhandene Grundwassermenge nicht ausreichend, wird der Bau der Wasser-Wasser-Wärmepumpe 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.

Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe – Vorteile und Nachteile

Eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe bietet einige Vorteile. Sie hat aber auch Nachteile.

  • Zu den Vorteilen gehört der geringe Platz, den eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe benötigt.
  • Unter der Voraussetzung, dass die Temperatur des Grundwassers relativ hoch ist, erweist sich die Wärmepumpe Wasser-Wasser 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 Heizenergie 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 ausreichend und die Inbetriebnahme einer weiteren Heizanlage entbehrlich ist.

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 dem damit verbundenen Stromverbrauch kann sich die Effizienz der Anlage verschlechtern. Ein weiterer Nachteil sind die engmaschigen gesetzlichen Vorgaben, die den Betrieb einer Wärmepumpe Wasser-Wasser deutlich erschweren. Der Kreislauf muss regelmäßig kontrolliert werden, und bei einer geringen Gefährdung des Trinkwassers kann es passieren, dass die Anlage stillgelegt werden muss. Außerdem muss die zuständige Verwaltungsbehörde über bauliche Veränderungen oder an der Anlage oder ihre Stilllegung umgehend informiert werden.

Philipp Hermann

Fazit von Philipp Hermann

Da die Wärmequelle für die Wasser-Wasser-Wärmepumpe Grundwasser ist, sind die Planung sowie die Installation und der Betrieb der Anlage vergleichsweise aufwändig und komplex. Die Rahmenbedingungen, die Wasserqualität und der Grundwasserspiegel müssen stimmen und teilweise eine behördliche Genehmigung vorliegen. Sind diese Hürden jedoch überwunden, dann zeichnet sich gerade die Wärmepumpe Wasser-Wasser durch eine hohe Effizienz bezüglich der Wärmeerzeugung und der Kühlung in den Sommermonaten aus.

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