Wasser-Wasser-Wärmepumpen: Funktionsweise, Vor- und Nachteile

Wärmepumpen können in drei Arten unterteilt werden:

1. Luftwärmepumpen
2. Erdwärmepumpen
3. Wasserwärmepumpen

Wasserwärmepumpen, auch Grundwasser-Wärmepumpen genannt, absorbieren Wärmeenergie aus dem Grundwasser. Für den Betrieb werden zwei Brunnen benötigt: zum einen ein Saugbrunnen (auch Grundwasserbrunnen oder Förderbrunnen genannt) und zum anderen ein Schluck- oder Sickerbrunnen (auch Ablassbrunnen). Über den Saugbrunnen wird das Grundwasser aus dem Erdreich gefördert. Es durchläuft dann den Pumpkreislauf der Wärmepumpe und wird anschließend durch den Schluckbrunnen zurückgeführt.

Die Wärmeenergie, die aus dem Grundwasser gewonnen wird, wird mittels eines Wärmetauschers auf ein Kältemittel übertragen. Dieses Kältemittel hat einen sehr niedrigen Siedepunkt und verdampft daher im Zuge dieser Wärmeaufnahme. Der entstehende Dampf wird mittels eines Verdichters in der Wasser-Wasser-Wärmepumpe komprimiert. Dadurch steigt die Temperatur auf ein Niveau an, das für das Heizen und die Warmwasserbereitung geeignet ist.

Das hochtemperierte Kältemittel gibt die Wärme an den Heizkreislauf ab. Im Heizungssystem befindet sich in aller Regel auch ein Wärmespeicher. Da das Kältemittel nun abkühlt, verflüssigt es sich wieder. Ein Entspannungsventil reduziert den Druck anschließend wieder und das Kältemittel kann erneut Wärmeenergie aufnehmen. Der Kreislauf beginnt von vorn.

Wasser-Wärmepumpen sind besonders effizient und werden zum Heizen oder Kühlen eingesetzt. Sie stellen eine gute Wahl für Häuser mit hohem Wärmebedarf dar.

Wasser-Wasser-Wärmepumpen arbeiten zwar äußerst effizient, werden jedoch unter den Wärmepumpen am seltensten installiert. Das liegt vor allem daran, dass mehrere Voraussetzungen erfüllt sein müssen. Zunächst einmal dürfen Wasser-Wasser-Wärmepumpen nicht an allen Standorten installiert werden. Ausgenommen sind zum Beispiel Wasser- und Heilquellenschutzgebiete. In allen Fällen muss die Wasserbehörde ihre Zustimmung erteilen.

Ist die Installation zulässig, ist als Nächstes die Wasserqualität zu beachten. Das Grundwasser muss weitgehend frei von Eisen und Mangan und der Sauerstoffgehalt darf nicht zu hoch sein. Es könnte sonst zu einer sogenannten Verockerung kommen, bei der das Wasser in der Wärmepumpe ockerfarbige Ablagerungen (Oxide) hinterlässt, was zu einem frühzeitigen Verschleiß der Wärmepumpe führt.

Außerdem muss ausreichend Grundwasser zur Verfügung stehen. Eine Wasserwärmepumpe mit einer Heizleistung von 10 kW benötigt im Betrieb eine Wassermenge von etwa 2,5 Kubikmetern pro Stunde. Im Zweifel muss vor der Installation überprüft werden, ob die Wassermenge genügt. Bei dieser Gelegenheit kann auch der Grundwasserspiegel ermittelt werden. Er bestimmt, wie tief die Brunnen gebohrt werden müssen. Zwar sind sehr tiefe Bohrungen möglich, doch ab einer Tiefe von über 15 bis 20 Metern vermindert der erhöhte Stromverbrauch für die Förderung die Effizienz der Wasserwärmepumpe deutlich.

Nicht zuletzt muss das Gelände groß genug sein, um einen Abstand von mindestens 10 bis 15 Metern zwischen den beiden Brunnen zu ermöglichen. Das ist wichtig, damit das durch den Ablassbrunnen zurückgeführte kalte Wasser nicht erneut von der Wärmepumpe aufgenommen wird und so die Effizienz der Heizung beeinträchtigt.

Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe erreicht im Vergleich zu Luft- und Erdwärmepumpen die höchste Effizienz mit einer Jahresarbeitszahl von bis zu 5. Die Jahresarbeitszahl (JAZ) gibt an, wie viele Einheiten Heizenergie aus einer Einheit Strom gewonnen werden können. Das bedeutet: Eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe benötigt eine Kilowattstunde Strom, um bis zu fünf Kilowattstunden Heizenergie zu erzeugen. Der thermische Wirkungsgrad liegt damit bei bis zu 500 %.

Zum Vergleich: Erdwärmepumpen erreichen eine durchschnittliche JAZ von etwa 4,1, Luftwärmepumpen haben eine durchschnittliche JAZ von etwa 3,1. Andererseits sind insbesondere Luftwärmepumpen sehr günstig in der Anschaffung und deutlich leichter zu installieren.

Wasser-Wasser-Wärmepumpen zeichnen sich durch einmalig vergleichsweise hohe Anschaffungskosten und niedrige Betriebskosten aus. Preise für Wasser-Wasser-Wärmepumpen schwanken und bewegen sich in der Regel im hohen vierstelligen oder niedrigen fünfstelligen Bereich. Die Installation selbst ist noch einmal mit Kosten im niedrigen vierstelligen Bereich verbunden.

Hinzu kommen Kosten für ein hydrologisches Gutachten. Dieses wird benötigt, um Wasserqualität und Wassermenge zu prüfen. Für das Gutachten sind etwa 2.000 € zu veranschlagen. Fällt es positiv aus, kann mit dem Brunnenbau begonnen werden. Auch dafür fällt noch einmal ein mittlerer bis höherer vierstelliger Betrag an. Die Kosten für die Wasser-Wasser-Wärmepumpe können reduziert werden, wenn auf dem Gelände bereits ein Grundwasserbrunnen vorhanden ist, der sich für die Nutzung eignet. Auch eine Förderung ist möglich.

Wie alle Wärmepumpen ist auch die Wasser-Wasser-Wärmepumpe im laufenden Betrieb günstiger als eine Öl- oder Gasheizung. Den größten Kostenanteil bei der Wärmepumpe hat der Strom, der für den Betrieb notwendig ist. Aufgrund der hohen Effizienz fallen für die Wasser-Wasser-Wärmepumpe insgesamt geringere Kosten an als für Erdwärme- und Luftwärmepumpen. Ein weiterer Kostenfaktor ist die regelmäßige Wartung, wobei die Kosten sich aber lediglich im niedrigen dreistelligen Bereich pro Jahr bewegen. Letztendlich ist entscheidend, ob die Wasserwärmepumpe insgesamt wirtschaftlich betrieben werden kann.

Die Wirtschaftlichkeit einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist hauptsächlich abhängig vom Zustand des Gebäudes, in dem sie installiert werden soll, und vom Wärmebedarf.

Eine gute Wärmedämmung und Heizkörper mit großen Heizflächen tragen dazu bei, die notwendige Vorlauftemperatur der Heizung zu senken. Je niedriger die Vorlauftemperatur, desto weniger Wärmeenergie wird benötigt, um die gewünschte Raumtemperatur zu erreichen. Wie alle Wärmepumpen ist die Wasser-Wasser-Wärmepumpe prädestiniert für den Einsatz in Neubauten oder gut gedämmten Bestandsbauten.

Wasser-Wasser-Wärmepumpen werden daher insbesondere für Gebäude mit eher hohem Wärmebedarf und einer Heizleistung ab 10 kW empfohlen.

Der Einsatz einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist dann sinnvoll, wenn die anfangs eher hohen Kosten sich über die Jahre dank der eingesparten Heizkosten amortisieren. Für Laien ist jedoch sehr schwer zu beurteilen, ob das gelingt, da für eine Abschätzung viele Aspekte in Betracht zu ziehen sind. Lassen Sie sich daher vor der Installation ausführlich von einem Fachbetrieb oder einer unabhängigen Stelle beraten.

Altbauten sind naturgemäß schlechter gedämmt als Neubauten. Wenn die grundsätzlichen Voraussetzungen für die Installation einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe erfüllt sind, kann sich der Einbau dennoch lohnen. Fällt die notwendige Vorlauftemperatur niedrig genug aus, zum Beispiel, wenn kein Warmwasser erzeugt wird, dann lassen sich auch im Altbau die Heizkosten mit einer Wasserwärmepumpe deutlich senken.

Aufgrund der hohen Effizienz können Wasser-Wasser-Wärmepumpen für Altbauten auch dann noch geeignet sein, wenn Erd- oder Luftwärmepumpen nicht mehr ausreichend Wärme liefern. Ein weiterer Vorteil der Wasser-Wasser-Wärmepumpen liegt darin, dass kaum Veränderungen am Gebäude selbst vorgenommen werden müssen.

Allen Wärmepumpen ist gemeinsam, dass sie effizient arbeiten und bei Nutzung erneuerbarer Energien besonders umweltverträglich sind. Wird eine Wärmepumpe mit Ökostrom betrieben, verursacht sie im Betrieb keinerlei Emissionen und arbeitet somit klimaneutral. Die spezifischen Vor- und Nachteile von Wasser-Wasser-Wärmepumpen im hier noch einmal im Überblick.

Diese Vorteile haben Wasser-Wasser-Wärmepumpen

• Niedrige Betriebskosten: Aufgrund der hohen Jahresarbeitszahl fallen für den Betrieb vergleichsweise geringe Stromkosten an.
• Platzsparend: Da die Brunnen in die Tiefe gebohrt werden, können Wasser-Wasser-Wärmepumpen im Gegensatz zu Erdwärmepumpen auch auf eher kleinen Grundstücken installiert werden. Außerdem werden keine platzraubenden Außeneinheiten benötigt.
• Doppelte Nutzung: Eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe kann während der kalten Jahreszeit zum Heizen und im Sommer zum Kühlen eingesetzt werden. Da für die Kühlung der Verdichter nicht benötigt wird, ist dieser Prozess sogar noch energiesparender.
• Minimale Geräuschemissionen: Im Gegensatz zu einer Luftwärmepumpe arbeitet eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe äußerst leise.
• Kein Schornstein benötigt: Die Pumpe arbeitet vollständig ohne fossile Brennstoffe, sodass kein Schornstein benötigt wird und die Kosten für den Schornsteinfeger entfallen.

Diese Nachteile haben Wasser-Wasser-Wärmepumpen

• Genehmigung notwendig: Nur mit Genehmigung der Wasserbehörde ist der Bau überhaupt möglich.
• Aufwendige Prüfung: Vor der Installation muss ein hydrologisches Gutachten angefertigt werden, das die Qualität und Menge des Grundwassers überprüft.
• Teure Erschließung: Die einmaligen Kosten für Bohrungen und Brunnenbau sind vergleichsweise hoch.
• Vom Grundwasserstand abhängig: Fällt der Grundwasserspiegel aufgrund von Trockenzeiten ab, verringert sich die Effizienz der Wasserwärmepumpe.

Wer den Stromverbrauch einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe mit selbst erzeugtem Solarstrom aus seiner Photovoltaikanlage (teilweise) deckt, handelt ökologisch nachhaltig. Gerade in der warmen Jahreszeit lässt sich die Wärmepumpe so mit einem sehr hohen Autarkiegrad betreiben.

Im Winter steigt der Bedarf an Heizenergie, während die Photovoltaikanlage durch die geringere Sonneneinstrahlung naturgemäß weniger Solarstrom produziert. Vorteilhaft ist jedoch, dass die Temperatur des Grundwassers das ganze Jahr über relativ konstant bei etwa 8–12 °C bleibt und somit – anders als bei einer Luftwärmepumpe, die Wärmeenergie aus der Luft gewinnt – auch im Winter genügend Wärme zur Verfügung stellen kann.

Der größte Vorteil in der Kombination aus Wasser-Wasser-Wärmepumpe und Photovoltaik liegt aber darin, dass Eigentümer dadurch ihren Eigenverbrauch an Solarstrom deutlich optimieren. Unverzichtbar ist hier ein intelligentes Energiemanagementsystem, das den gewonnenen Solarstrom zu jeder Tageszeit sinnvoll verteilt.

Die folgenden Hinweise unterstützen Sie bei der Umsetzung:

• Holen Sie notwendige Genehmigungen und Gutachten rechtzeitig ein. Allein dieser Abschnitt der Planung kann mehrere Monate in Anspruch nehmen.
• Stellen Sie Förderanträge, bevor Sie Verträge abschließen. Manche Förderungen werden nur gewährt, wenn der Antrag vor Beginn jeglicher Maßnahmen bewilligt wurde. Ausgenommen sind in der Regel Beratungen durch Energieeffizienzexperten.
• Lassen Sie sich beraten. Die Investition in eine Wärmepumpe sollte sich lohnen. Dafür ist eine Beratung durch kompetente Fachkräfte unerlässlich. Insbesondere die Kombination von Photovoltaik und Wärmepumpe sollte von Experten geplant werden, um die Wirtschaftlichkeit sicherzustellen.