Was genau ist eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe?

Eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe, alternativ auch als Grundwasserwärmepumpe bezeichnet, heizt oder kühlt ein Gebäude, indem sie dafür die Wärmeenergie im Wasser nutzt. Als Wasserquelle kommt neben Grundwasser auch zum Beispiel Oberflächen- bzw. Brauchwasser infrage. Eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe gilt dabei als besonders effizient.

Gerade für Häuser, die einen hohen Wärmebedarf aufweisen, stellen Wasser-Wärmepumpen dieser Art eine sehr gute Lösung dar. Zwar sind die Anschaffungskosten für eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe vergleichsweise hoch, aber dafür ist der Betrieb extrem günstig. So lässt sich mit einer Grundwasser-Wärmepumpe bestenfalls sogar einen Wirkungsgrad von 500 Prozent erzielen.

Wie funktioniert eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe?

Von der Funktionsweise her absorbiert eine solche Wasser-Wasser-Wärmepumpe die Wärmeenergie aus dem Grundwasser bzw. aus der jeweiligen Wasserquelle. Zum Einsatz kommt dabei ein Wärmetauscher. Dieser überträgt die Energie an ein Kältemittel, das verdampft.

Der hieraus resultierende Dampf wird anschließend von einem Kompressor verdichtet. Dadurch erhöht sich gleichzeitig auch die Temperatur. Im letzten Schritt leitet die Wasser-Wasser-Wärmepumpe die durch den Kältemitteldampf entstandene Wärme in das Wasser im Heizkreislauf weiter.

Nach der Abgabe der erzeugten Wärme kehrt das Kältemittel wieder in seine flüssige Ursprungsform zurück. Dabei entsteht Druck. Um diesen zu reduzieren, fließt das Kältemittel durch ein so bezeichnetes Entspannungsventil bzw. Expansionsventil.

Bei diesem Ventil handelt es sich um eine essenzielle Baukomponente der Wasser-Wasser-Wärmepumpe. Es ist dafür verantwortlich, dass das Kältemittel störungsfrei und zuverlässig zum Verdampfer zurückfließt und dort in seinem Ausgangszustand für die erneute Wärmeaufnahme zur Verfügung steht. Jetzt kann der Kreislauf wieder von vorne starten.

Das Nutzen von Grundwasser erfordert zusätzliche Maßnahmen

Wird Grundwasser als Basisquelle für das Anzapfen der Wärme genutzt, wird zusätzlich ein Saug- oder Förderbrunnen benötigt. Um diesen zu installieren, ist eine Bohrung erforderlich. Die Tiefe dieser Bohrung orientiert sich an dem jeweiligen Grundwasserspiegel. Nach oben befördert wird das Wasser durch eine Tauchpumpe.

Hierbei ist zu beachten, dass diese maximal sechs Meter tief in dem Förderbrunnen hängen sollte. In die Wasser-Wasser-Wärmepumpe gelangt das Grundwasser dann mittels Rohrleitungen. In der Regel weist das Grundwasser dabei ganzjährig eine Temperatur zwischen sieben und zehn Grad Celsius auf.

Wie wird das entnommene Grundwasser zurückgeführt?

Nachdem dem Grundwasser die Wärme entzogen wurde, muss das genutzte Grundwasser natürlich auch wieder in das Erdreich zurückgeführt werden. Diese Aufgabe übernimmt ein Sickerbrunnen (häufig auch Schluckbrunnen genannt).

Hierbei ist es wichtig, dass ein Standort für diesen Brunnen gewählt wird, der einen Abstand von zehn bis 15 Metern zum Förderbrunnen aufweist. Zudem muss er in Richtung der Grundwasserströmung ausgerichtet sein. Auf diese Weise verhindern Sie, dass bereits abgekühltes Wasser unterhalb der Mindesttemperatur von sieben Grad vom Förder- bzw. Saugbrunnen aufgenommen wird.

Tipp der Redaktion:

<span class="highlight-section-orange">Für den Betrieb der Wasser-Wasser-Wärmepumpe müssen in der Regel rund 250 Liter Grundwasser für ein Kilowatt Heizleistung eingeplant werden. Das sind pro Stunde 2,5 Kubikmeter Wasser für eine Heizleistung von zehn Kilowatt. Daher sollten Sie im Vorfeld prüfen bzw. prüfen lassen, ob überhaupt eine solche Wassermenge zur Verfügung steht. Denn Grundwasser in dieser Größenordnung ist nicht überall in Deutschland vorhanden. Gerade in Mitteldeutschland gibt es zahlreiche Gegenden, in denen das Grundwasser auf einen sehr niedrigen Pegel gesunken ist. Besonders betroffen hiervon sind die Bundesländer Sachsen-Anhalt, Sachsen und Thüringen.</span>

Darum ist Grundwasser ideal geeignet für eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe

Dass Grundwasser als Basis für das Betreiben einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe genutzt wird, hat einen ganz besonders triftigen Grund: die vergleichsweise sehr konstante Temperatur. Denn die Grundwasservorkommen in Deutschland weisen konstant Temperaturen zwischen 7 und 12 °C auf.

Die jahreszeitlichen Temperaturschwankungen sind demzufolge auch nur sehr gering und bleiben immer innerhalb dieses Temperaturbereichs. Messungen haben diesbezüglich ergeben, dass Sonneneinstrahlung und Lufttemperatur lediglich für Schwankungen von etwa einem Grad Celsius sorgen.

Wenn Sie bedenken, dass es im Sommer teilweise über 30 °C warm wird und im Winter dann in einigen Gebieten zweistellige Minustemperaturen gibt, ist ein Unterschied von einem Grad Celsius ein überaus stabiler Wert.

Welche Voraussetzungen müssen für den Einbau erfüllt werden?

Der Einbau und Betrieb einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe sind grundsätzlich immer nur dann möglich respektive erlaubt, wenn alle der damit zusammenhängenden Voraussetzungen erfüllt sind. Dies sind die sechs Voraussetzungen mit besonderer Relevanz:

1. Es muss vor Einbau und Inbetriebnahme der Wasser-Wasser-Wärmepumpe zwingend ein hydrologisches Gutachten erstellt werden. Das Gutachten beschreibt und beurteilt dabei die Untergrundverhältnisse mit besonderer Fokussierung auf das Grundwasser.
2. Die Temperatur des Grundwassers darf bei einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe die Mindesttemperatur von 7 °C nicht unterschreiten.
3. Das Grundwasser sollte bestenfalls einen hohen Pegelstand aufweisen und in ausreichender Menge auch verfügbar sein.
4. Auch die Qualität des Wassers muss stimmen. Verunreinigungen zum Beispiel durch Eisen oder Mangan wirken sich negativ auf die Effizienz, die gesamte Leistungsperformance sowie die Betriebs- und Wartungskosten aus.
5. Im Saug- oder Förderbrunnen befindet sich die für das Hochpumpen des Grundwassers erforderliche Tauchpumpe. Diese darf laut den behördlichen Vorgaben nicht tiefer als sechs Meter in dem Brunnenschacht positioniert werden.
6. Um eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe in Betrieb zu nehmen, benötigen Sie vorab eine wasserrechtliche Genehmigung der jeweils zuständigen Wasserbehörde. Denn das Entnehmen von Grundwasser für thermische Anwendungen und das Zurückführen des entnommenen und genutzten Wassers stellt nach § 9 Abs. 1 Nr. 5 WHG einen erlaubnispflichtigen Benutzungstatbestand dar.
7. Zudem sollten eine gute Wärmedämmung im Haus und große Heizflächen vorliegen. Dadurch kann eine niedrigere Vorlauftemperatur generiert werden, was dann ebenfalls zu einer effizienten Leistungsperformance Ihrer Wasser-Wasser-Wärmepumpe beiträgt.

Warum ist die Wasserqualität für eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe so wichtig?

Zudem muss auch auf die Qualität des Wassers geachtet werden. Denn Wasser unterhalb des Qualitätsstandards beeinträchtigt sowohl die Leistung als auch die Lebensdauer der Grundwasser-Wärmepumpe. Insbesondere Verunreinigungen im Wasser reduzieren die Leistung und damit auch die Effizienz. Besonders problematisch sind Eisen, Mangan und Feststoffe.

Durch Verunreinigungen dieser Art kommt es schnell zu einem erhöhten Pumpenverschleiß oder auch einer Verockerung (hier: Ausfällungen von Eisenhydroxiden und Mangan(IV)-oxid). Das mindert zum einen den wirtschaftlichen Betrieb der Wasser-Wasser-Wärmepumpe und verursacht zum anderen im weiteren Verlauf mitunter sehr hohe Wartungskosten.

<span class="highlight-section-orange">Tipp der Redaktion: Es ist in diesem Fall wichtig, im Vorfeld eine Wasserprobe zu entnehmen. Die Qualität des Grundwassers stellt ebenso wie die Temperatur und die Wassermenge einen sensiblen Erfolgsfaktor beim Betrieb von Wasser-Wasser-Wärmepumpen dar. Nur wenn alle drei Faktoren im Optimalbereich liegen, erzielt die Wärmepumpe einen sehr hohen Wirkungsgrad. Zudem fallen dann auch weitaus geringere Betriebs- bzw. Verbrauchskosten an.</span>

Wie viel kostet der Einbau einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe?

Je nach Leistungsvermögen und Marke erhalten Sie Wasser-Wasser-Wärmepumpen für einen Preis, der im Durchschnitt zwischen 9.000 und 12.000 Euro liegt. Weitere etwa 2.000 bis 3.000 Euro müssen für die Installation durch einen Fachbetrieb eingeplant werden.

Zudem benötigen Sie für den Betrieb einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe insgesamt zwei Brunnen. Um diese entsprechend einzurichten, sind Bohrungen erforderlich. Im Allgemeinen können für diese Bohrungen etwa 4.000 bis 8.000 Euro veranschlagt werden.

Hier gilt: Je fester und schwieriger die Bodenbeschaffenheit ist, desto höher ist auch der Aufwand und damit auch die Bohrkosten. Auch die Tiefe der Bohrungen fungieren als ein wichtiger Parameter für den Preis. In der Regel sind dabei Bohrungen zwischen fünf und 20 Metern nötig.

Gutachten und Probebohrungen treiben die Kosten nach oben

Hinzu kommen hier noch die Kosten für das hydrologische Gutachten. Im Schnitt kostet die Erstellung eines solchen Fachgutachtens um die 2.000 Euro. In manchen Fällen verlangen die Behörden noch weitere Fachgutachten. Eventuell müssen sogar mehrere Probebohrungen durchgeführt werden.

Das treibt die Kosten dann noch einmal in die Höhe. Außerdem erhebt die Wasserbehörde für den Genehmigungsprozess je nach Region unterschiedlich hohe Gebühren. Insgesamt sollte für Anschaffung und Einbau bzw. Installation einer Grundwasserwärmepumpe mit Kosten in Höhe von 16.000 bis 25.000 Euro kalkuliert werden.

Wasser-Wasser-Wärmepumpe: Gibt es staatliche Förderungen?

Um die Kosten zu reduzieren und gleichzeitig die Rentabilität zu steigern, können Sie verschiedene Fördermöglichkeiten in Anspruch nehmen. So bieten zum Beispiel die KfW (Kreditanstalt für Wiederaufbau) und das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) einige attraktive Förderprogramme respektive zinsgünstige Darlehen im Zusammenhang mit einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe an. Seit diesem Jahr werden beispielsweise zudem natürliche Kältemittel mit einer Wärmepumpen-Förderung von 5 Prozent bezuschusst.

Auf einen Blick: Die Vorteile einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe

• hoher Wirkungsgrad
• konstante Wärmebereitstellung ohne Schwankungen
• besonders energieeffizienter Betrieb
• sehr hohe Effizienz und Wirtschaftlichkeit
• niedrige Betriebskosten und wartungsarm
• sehr effektive freie Kühlung
• umweltfreundlich
• monovalenter Betrieb sicher möglich

Wichtige Kennzahlen bei einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe?

Wie gut die Leistungsperformance einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe letztendlich ist, lässt sich an verschiedenen Kennzahlen ermitteln. Gerade für einen direkten Vergleich verschiedener Modelle sind diese Kennzahlen eminent wichtig. Denn auf diese Weise kann zum Beispiel die tatsächliche Effizienz einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe ermittelt werden.

Dies sind die Kennzahlen mit besonderer Relevanz

1. Der zahlenbasierte COP-Wert (Coefficient of Performance) steht für das Verhältnis der Wärmeleistung zur erforderlichen Antriebsenergie, also zum Stromverbrauch bzw. -aufwand. Ein hoher COP-Wert deutet dabei auch immer auf eine hohe Effizienz hin. Als gute COP-Werte gelten Zahlen zwischen 3 und 5.
2. Mit dem EER-Wert (Energy Efficiency Ratio) wird das Verhältnis von Kühlleistung zum Stromverbrauch für den Betrieb der Pumpe beschrieben. Auch in diesem Fall bedeuten Werte zwischen 3 und 5 eine gute Effizienz bezüglich der Kälteleistung.
3. Der vergleichsweise neu eingeführte SCOP-Wert (Seasonal Coefficient of Performance) ist in vielen Dingen identisch mit dem älteren COP-Wert. Allerdings werden hier die Jahreszeiten bei der Berechnung einbezogen. Dadurch basiert das Ermitteln der SCOP-Werte nach EN 14825 auf mehreren Messpunkten und die Werte erlangen eine höhere Aussagekraft.
4. Analog zur Wärmeleistung kommt für den Kühlbetrieb der SEER-Wert (Seasonal Energy Efficiency Rating) zum Einsatz. Die einzelnen Messpunkte beziehen sich in diesem Fall auf feste saisonale Temperaturpunkte (Außentemperatur).
5. Der ηS-Wert soll die jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz abbilden. Er zeigt, wie viel Energie ein Heizsystem insgesamt benötigt. Zudem macht er die Unterschiede im Hinblick auf verschiedene Heiztechniken mit unterschiedlichen Brennstoffen deutlich. Der ηS-Wert bildet dabei die Grundlage für die Einteilung in Energieeffizienzklassen.
6. Beim JAZ-Wert steht die Jahresarbeitszahl einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe im Fokus. Der Wert gibt das Verhältnis der aufgewendeten Antriebs- und Hilfsenergie zum Jahresertrag an Heizenergie an. Eine Jahresarbeitszahl von 5 bedeutet zum Beispiel, dass mit einem 1 kWh Strom insgesamt 5 kWh Heizenergie produziert werden kann.