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Wasser-Wasser-Wärmepumpe: Hocheffizient heizen mittels Grundwasser
Die Energiewende und schwankende Kosten der fossilen Brennstoffe stellt Hausbesitzer vor die Herausforderung, nachhaltige und effiziente Heizsysteme zu finden. Erst im Jahr 2024 wurden die Heiz-Vorschriften mit der Novelle des Gebäudeenergiegesetztes strenger, was Alternative Heizsysteme immer weiter in den Fokus rückt. Eine besonders leistungsstarke Option ist die Wasser-Wasser-Wärmepumpe, auch bekannt als Grundwasserwärmepumpe. Mit einem beeindruckenden Wirkungsgrad von bis zu 500% gehört sie zu den effizientesten Wärmepumpen-Technologien auf dem Markt.
Im Folgenden verraten wir Ihnen, wie diese Hocheffizienz-Technologie funktioniert, welche Voraussetzungen für den Betrieb erfüllt sein müssen und ob sich die Investition für Ihr Eigenheim lohnt.
Bis zu 50% Heizkosten sparen und Förderungen sichern
Was ist eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe?
Wärmepumpen arbeiten alle nach dem gleichen Prinzip, unterschieden sich je nach genutzter Wärmequelle allerdings in ihrer Installation und tatsächlich auch in ihrer Effizienz.
Eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist ein Heizsystem, das die konstante Temperatur des Grundwassers (etwa 8–12 °C) als Energiequelle nutzt. Im Gegensatz zu Luft- oder Sole-Wärmepumpen ist sie besonders effizient und zuverlässig – auch bei niedrigen Außentemperaturen im Winter. Die gewonnene Wärmeenergie kann sowohl für die Raumbeheizung, als auch für die Warmwasserbereitung genutzt werden. Bei entsprechender Ausführung eignet sie sich sogar zum Kühlen im Sommer.
Funktionsweise: So arbeitet eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe
ine Wärmepumpe nutzt einen geschlossenen thermodynamischen Kreislauf, um Umweltwärme auf ein höheres Temperaturniveau zu bringen. Dieses Prinzip ähnelt dem eines Kühlschranks, jedoch in umgekehrter Richtung: Statt Wärme abzuführen, wird sie aufgenommen und für Heizzwecke nutzbar gemacht.
- Entnahme des Grundwassers: Über einen Förderbrunnen wird Grundwasser mit einer Tauchpumpe an die Oberfläche befördert. Dieses Wasser dient als Wärmequelle für die Wärmepumpe.
- Wärmeübertragung im Verdampfer: Das geförderte Grundwasser durchströmt einen Wärmetauscher (Verdampfer), in dem es seine thermische Energie an ein Kältemittel abgibt. Dabei kühlt sich das Grundwasser um etwa 4 bis 5 °C ab.
- Verdampfung des Kältemittels: Das Kältemittel, das bereits bei niedrigen Temperaturen verdampft, nimmt die Wärme des Grundwassers auf und geht vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über.
- Verdichtung im Kompressor: Ein Kompressor verdichtet das gasförmige Kältemittel, wodurch dessen Druck und Temperatur steigen. Dieser Schritt erfordert elektrische Energie.
- Wärmeabgabe im Kondensator: Das nun heiße Kältemittel gibt seine Wärme im Kondensator an das Heizsystem des Gebäudes ab, beispielsweise an eine Fußbodenheizung oder Heizkörper. Dabei kondensiert das Kältemittel und wird wieder flüssig.
- Druckreduzierung im Expansionsventil: Das flüssige Kältemittel durchläuft ein Expansionsventil, das den Druck reduziert. Dadurch sinkt die Temperatur des Kältemittels, und es ist bereit, erneut Wärme im Verdampfer aufzunehmen.
- Rückführung des abgekühlten Grundwassers: Das um etwa 4 bis 5 °C abgekühlte Grundwasser wird über einen Schluckbrunnen wieder in das Erdreich zurückgeführt. Da lediglich Wärme entzogen wird, bleibt die Wassermenge im natürlichen Kreislauf erhalten.
Dieser Prozess läuft kontinuierlich ab und ermöglicht eine effiziente Nutzung der im Grundwasser gespeicherten Wärmeenergie zur Beheizung von Gebäuden.
Brunnenanlagen: Das Fundament der Anlage
Die Nutzung von Grundwasser als Wärmequelle für eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe erfordert ein durchdachtes Brunnenkonzept. Dabei kommen zwei Brunnenarten zum Einsatz: der Saugbrunnen und der Schluckbrunnen. Diese ermöglichen die effiziente Nutzung der im Grundwasser gespeicherten Wärmeenergie zur Beheizung von Gebäuden.
Saugbrunnen (Förderbrunnen):
Der Saugbrunnen dient der Entnahme von Grundwasser, das als Wärmequelle für die Wärmepumpe genutzt wird. Mithilfe einer Tauchpumpe wird das Wasser aus dem Grundwasserleiter gefördert und zur Wärmepumpe geleitet. Dort durchströmt es einen Wärmetauscher, in dem es seine thermische Energie an ein Kältemittel abgibt. Die Wärmepumpe nutzt diese Energie, um das Heizsystem des Gebäudes zu speisen.
Schluckbrunnen (Rückgabebrunnen):
Nachdem dem Grundwasser Wärme entzogen wurde, wird es über den Schluckbrunnen wieder in den Untergrund zurückgeführt. Dieser Brunnen muss so konzipiert sein, dass das abgekühlte Wasser effizient versickern kann, ohne die natürliche Temperaturverteilung des Grundwassers zu stören.
Anforderungen an die Brunnenanlage:
- Mindestabstand: Zwischen Saug- und Schluckbrunnen sollte ein Abstand von mindestens 15 Metern eingehalten werden, um thermische Kurzschlüsse zu vermeiden.
- Strömungsrichtung: Der Saugbrunnen sollte stromaufwärts des natürlichen Grundwasserflusses liegen, der Schluckbrunnen entsprechend stromabwärts.
- Bohrtiefe: Die Tiefe der Brunnen richtet sich nach dem lokalen Grundwasserspiegel und liegt in der Regel zwischen 5 und 20 Metern.
- Wasserqualität: Eine gute Wasserqualität ist entscheidend für den effizienten Betrieb der Wärmepumpe. Besonders niedrige Konzentrationen von Eisen und Mangan sind wichtig, um Ablagerungen und Schäden an der Anlage zu vermeiden. Eine Wasseranalyse ist verpflichtend.
- Wassermenge: Die verfügbare Grundwassermenge muss den Heizbedarf decken können. Für eine Heizleistung von 15 kW wird etwa 1 Liter Wasser pro Sekunde benötigt, was 150–250 Litern pro Stunde je Kilowatt Heizleistung entspricht.
Voraussetzungen für den Betrieb:
- Grundwasserstand: Ein hoher Grundwasserstand (maximal 20 Meter Tiefe) ist für eine wirtschaftliche Förderung erforderlich.
- Genehmigungspflicht: Der Bau und Betrieb der Brunnenanlage bedarf einer wasserrechtlichen Genehmigung durch die zuständige Behörde. In Wasserschutzgebieten ist der Betrieb solcher Anlagen meist nicht gestattet.
- Grundstücksgröße: Es muss ausreichend Platz vorhanden sein, um den erforderlichen Abstand zwischen den Brunnen einzuhalten.
- Gebäudeeigenschaften: Eine gute Wärmedämmung und eine niedrige Vorlauftemperatur (z. B. durch Fußbodenheizung) erhöhen die Effizienz der Wärmepumpe.
Planung und Umsetzung:
- Genehmigung: Vor Beginn der Arbeiten muss die Nutzung des Grundwassers bei der zuständigen Wasserbehörde beantragt werden. Die Bearbeitungszeit kann bis zu zwei Monate betragen.
- Bohrung und Bau: Die Brunnen werden mit geeigneter Filterung (z. B. Kiesschüttung) erstellt, um eine langfristige Funktionalität sicherzustellen.
- Installation: Nach der Bohrung erfolgt der Einbau der Tauchpumpe und der Anschluss an die Wärmepumpe. Die Leitungen werden durch die Gebäudehülle geführt, meist mittels Kernbohrung.
- Inbetriebnahme: Nach Abschluss aller Arbeiten wird die Anlage an den Wärmetauscher der Wärmepumpe angeschlossen und in Betrieb genommen.
- Kosten: Die Kosten für die Brunnenbohrung liegen je nach Aufwand und örtlichen Gegebenheiten zwischen 4.000 und 7.000 Euro. Besteht bereits ein geeigneter Grundwasserbrunnen, kann eine Bohrung entfallen, was die Investitionskosten deutlich reduziert.
Eine sorgfältige Planung und Umsetzung der Brunnenanlage ist entscheidend für den effizienten und nachhaltigen Betrieb einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe. Durch die Beachtung der genannten Anforderungen und Voraussetzungen kann eine zuverlässige und kosteneffiziente Wärmeversorgung sichergestellt werden.
Wasser-Wasser-Wärmepumpe im Vergleich zu anderen Wärmepumpen
Im Vergleich zu anderen Wärmepumpenarten bietet die Grundwasserwärmepumpe spezifische Vor- und Nachteile:
Die Jahresarbeitszahl (JAZ) von 5 bedeutet, dass die Wasser-Wasser-Wärmepumpe aus 1 kWh Strom bis zu 5 kWh Wärmeenergie erzeugen kann. Dieser außergewöhnlich hohe Wirkungsgrad ist der konstanten Temperatur des Grundwassers zu verdanken.
Vorteile und Nachteile der Wasser-Wasser-Wärmepumpe
Kosten einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe
Die Investition in eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist zunächst höher als bei anderen Heizsystemen, amortisiert sich jedoch durch die niedrigen Betriebskosten. Zudem können Sie von staatlichen Förderungen profitieren, die bis zu 70% der förderfähigen Kosten decken, was eine erhebliche Unterstützung darstellt.
Investitionskosten im Überblick
Betriebskosten
Der jährliche Stromverbrauch einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe liegt bei etwa 2.000 bis 3.500 kWh. Bei einem durchschnittlichen Strompreis von 30 Cent/kWh ergeben sich Heizkosten von 600 bis 1.050 € pro Jahr.
Die Wartungskosten betragen etwa 150 bis 400 € jährlich, wobei eine regelmäßige Wartung wichtig ist, um die Effizienz und Lebensdauer des Systems zu erhalten.
Beispielrechnung zur Wirtschaftlichkeit
Ein Vergleich mit einer konventionellen Gasheizung zeigt die Wirtschaftlichkeit einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe:
Bei einem Wärmebedarf von 20.000 kWh pro Jahr:
- Wasser-Wasser-Wärmepumpe: (20.000 kWh ÷ 5) × 0,30 €/kWh = 1.200 € jährliche Heizkosten
- Gasheizung: (20.000 kWh ÷ 0,9) × 0,10 €/kWh = 2.222 € jährliche Heizkosten
Die jährliche Ersparnis beträgt somit über 1.000 €. Unter Berücksichtigung der Anschaffungskosten (abzüglich Förderung) kann sich die Investition innerhalb von 8-12 Jahren amortisieren.
Staatliche Förderungen
Die staatliche Förderung für Wasser-Wasser-Wärmepumpen ist im Rahmen der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) besonders attraktiv. Seit dem 1. Januar 2024 gelten folgende Förderkonditionen:
Maximale Förderung:
Die Gesamtförderung ist auf 70 % der förderfähigen Kosten begrenzt. Für die erste Wohneinheit werden maximal 30.000 € an förderfähigen Kosten berücksichtigt, was einer maximalen Fördersumme von 21.000 € entspricht.
Im Rahmen des Regierungswechsel ist mit Änderungen der Förderkonditionen zu rechnen. Derzeit gelten die gelisteten Regelungen, ob diese in diesem Umfang bestehen bleiben ist jedoch fraglich, weshalb Sie sich bei Interesse zeitnah um die Anschaffung Ihrer Wärmepumpe kümmern sollten.
Installation einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe
Die Installation einer Grundwasserwärmepumpe erfordert mehrere Schritte und sollte ausschließlich von Fachfirmen durchgeführt werden:
- Planung und Genehmigung:
- Hydrologisches Gutachten erstellen
- Genehmigung bei der Wasserbehörde beantragen
- Abwarten der Bewilligung (ca. 2 Monate)
- Brunnenbohrung:
- Bohrung des Saug- und Schluckbrunnens (Tiefe je nach Grundwasserstand)
- Installation von Förder- und Fallrohren mit Kiesschüttung als Filter
- Einbau der Tauchpumpe im Saugbrunnen
- Installation der Wärmepumpe:
- Aufstellung der Wärmepumpe im Haus (meist im Keller)
- Anbindung an die Brunnenanlage
- Anschluss an das Heizungs- und Warmwassersystem
- Installation der Steuerungs- und Regelungstechnik
- Inbetriebnahme und Einstellung:
- Befüllung und Entlüftung der Anlage
- Funktionsprüfung aller Komponenten
- Einstellung der optimalen Betriebsparameter
Fazit: Lohnt sich eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe?
Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe gehört zu den effizientesten Heiztechnologien und überzeugt durch niedrige Betriebskosten und hohe Jahresarbeitszahlen. Sie eignet sich besonders für Grundstücke mit guter Grundwasserverfügbarkeit und Gebäuden mit höherem Wärmebedarf ab etwa 10 kW. Wer langfristig plant und in nachhaltige Technik investieren möchte, profitiert von hohen Einsparpotenzialen und attraktiven Förderungen.
Allerdings ist der Einsatz nicht überall möglich – geologische Voraussetzungen, ausreichende Wasserqualität und behördliche Genehmigungen sind zwingend erforderlich. Wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind, bieten Sole-Wasser-Wärmepumpen eine ähnlich effiziente Alternative. Luft-Wasser-Wärmepumpen sind günstiger und einfacher zu installieren, aber weniger effizient. Auch Hybridlösungen können je nach Gebäudesituation sinnvoll sein.
Mit der richtigen Planung und Förderung ist die Wasser-Wasser-Wärmepumpe trotz höherer Anfangsinvestitionen eine wirtschaftliche und umweltfreundliche Lösung.
Häufig gestellte Fragen
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