RP-Energie-Lexikon
fachlich fundiert, unabhängig von Lobby-Interessen
www.energie-lexikon.info

Wasser/Wasser-Wärmepumpe

Definition: eine Wärmepumpe, die Wasser als Wärmequelle nutzt – meist Grundwasser

Allgemeiner Begriff: Wärmepumpe

Englisch: water-to-water heat pump

Kategorie: Wärme und Kälte

Autor:

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 12.07.2014; letzte Änderung: 20.08.2023

URL: https://www.energie-lexikon.info/wasser_wasser_waermepumpe.html

Wasser/Wasser-Wärmepumpen sind Wärmepumpen, die Wasser als Niedertemperatur-Wärmequelle nutzen – im Gegensatz zu anderen Wärmepumpen, die über eine "Sole" (wässrige Lösung) Wärme dem Erdreich entziehen (→ Sole/Wasser-Wärmepumpe) oder Außenluft (→ Luft/Wasser-Wärmepumpe) verwenden. Sie werden meist für die Wärmepumpenheizung von Gebäuden verwendet.

Gewinnung des Wassers

In den meisten Fällen werden solche Wärmepumpen mit Grundwasser betrieben, welches in Mitteleuropa auch im Winter typischerweise Temperaturen in der Gegend von 10 °C aufweist. Dieses wird in einem Förderbrunnen mit einer Tauchpumpe gewonnen. Das in der Wärmepumpe abgekühlte Wasser wird über einen zweiten Brunnen, den Schluckbrunnen, wieder dem Grundwasser zugeführt. Der Abstand und die Ausrichtung der beiden Brunnen werden so gewählt, dass kein Kreislauf entsteht: Der Förderbrunnen soll nicht bereits abgekühltes Wasser erneut ansaugen. Häufig driftet das Grundwasser systematisch in eine gewisse Richtung; es entsteht dann eine "Fahne" etwas kühleren Grundwassers in dieser Richtung. Selbstredend sollten die Förderbrunnen weiterer Anlagen möglichst nicht gerade in der Fahne einer großen Anlage liegen.

Da die Neigung diverser Materialien zur Korrosion stark von der chemischen Beschaffenheit des Wassers abhängt, ist eine Wasseranalyse notwendig. Man beachte, dass z. B. nahe gelegene landwirtschaftliche Flächen mit dem Einsatz von Mineraldüngern den Gehalt des Grundwassers an diversen Salzen erhöhen können.

Der Grundwasserspiegel sollte nicht zu tief liegen (z. B. nicht tiefer als 15 m unter der Oberfläche), damit der Aufwand für den Brunnen und den Pumpenbetrieb nicht zu hoch wird.

Selbstverständlich muss eine Verunreinigung des Grundwassers sicher vermieden werden. Dies stellt technisch aber kein Problem dar. Das Wasser wird lediglich angesaugt, durch einen Wärmeübertrager geleitet und wieder abgegeben; es kommt nicht mit wassergefährdenden Substanzen in Kontakt. Trotzdem bedarf die Nutzung des Grundwassers in der Regel einer Genehmigung der zuständigen Wasserrechtsbehörde; dies ist nicht an allen Standorten möglich.

Anstelle von Grundwasser kommt auch Wasser aus Flüssen, Bächen und Seen in Frage. Hier kann die Gewinnung und die Abgabe des Wassers einfacher und kostengünstiger sein. Jedoch liegen die Temperaturen im Winter typischerweise niedriger: in einer gewissen Wassertiefe oft ca. 4 °C. Dies bewirkt einerseits eine niedrigere Leistungszahl der Wärmepumpe als mit dem wärmeren Grundwasser, und andererseits muss die Wärmepumpenanlage so ausgelegt sein, dass ein Einfrieren vermieden wird.

Vergleich mit anderen Wärmequellen

Die Energieeffizienz, beziffert über die Leistungszahl und die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpenanlage, kann bei Nutzung von Grundwasser deutlich höher liegen als z. B. bei Erdwärmesonden, weil die Temperatur der Wärmequelle höher liegt (z. B. 10 °C statt 0 °C). Insbesondere im Zusammenhang mit Niedertemperaturheizungssystemen sind sehr hohe Leistungszahlen möglich. Allerdings können erhebliche Energieverluste auftreten, z. B. wenn die Förderleistung der Grundwasserpumpe aufgrund eines verschmutzten Siebs oder eines versandeten Schluckbrunnens nachlässt. Auch sonst ist der Energieverbrauch der Grundwasserpumpe(n) von Bedeutung; er hängt davon ab, wie gut die Brunnen gebaut und dimensioniert sind. (Beispielsweise kann eine zu kleine Auslegung durch die dann zu hohen Fließgeschwindigkeiten zur Versandung führen.) Deswegen ist die Energieeffizienz in der Praxis nicht immer höher als bei anderen Arten von Wärmepumpen.

Die Leistungszahl (COP) für eine gegebene Temperatur des Wassers und eine Vorlauftemperatur wird z. B. mit W10W35 bezeichnet (für Grundwasser mit 10 °C und eine Vorlauftemperatur von 35 °C bei einer Fußbodenheizung). Werte deutlich oberhalb von 5 (unter Berücksichtigung nicht nur der Wärmepumpe, sondern auch der Wasserpumpen) sind in der Praxis möglich. Die theoretische Grenze, gegeben durch den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, läge bei 12,3; für 30 °C Vorlauftemperatur wäre es bereits 15,2. Für Anlagen mit konventionellen Heizkörpern ist eher der Wert W10W50 relevant, wo die theoretische Grenze für den COP bei ca. 8 liegt und der Praxis rund 4 möglich ist.

Die Kosten für die Errichtung der benötigten Grundwasserbrunnen (durch Graben oder Bohren) sind erheblich, hängen aber weniger stark als z. B. bei Erdwärmesonden von der benötigten Wärmeleistung ab. Deswegen sind Wasser/Wasser-Wärmepumpen für kleine Anlagen (z. B. für Zweifamilienhäuser) eher teurer, können für größere Wärmeleistungen (z. B. für größere Mehrfamilienhäuser) jedoch wirtschaftlicher sein als andere Lösungen.

Häufig erfolgt die Wahl einer Wärmequelle auf der Basis, dass andere Wärmequellen am jeweiligen Standort nicht in Frage kommen. Beispielsweise kann es vorkommen, dass eine Erdwärmesonde aufgrund der Geologie nicht möglich ist, für Erdregister nicht ausreichend Platz zur Verfügung steht, Grundwasser aber nutzbar ist.

Anwendung für die Kühlung

Ähnlich wie Erdwärmesonden lassen sich auch Grundwasserbrunnen für die Kühlung im Sommer anwenden. Dies läuft unter "free cooling", weil keine Kältemaschine betrieben werden muss. Anders als bei Erdwärmesonden führt dies aber kaum zu einer Abnahme des Energiebedarfs für eine spätere Entnahme von Wärme, da sich das erwärmte Grundwasser mit der Zeit wegbewegt.

Siehe auch: Wärmepumpe, Wärmepumpenheizung, Erdwärmesonde

Fragen und Kommentare von Lesern

30.12.2021

Ich habe eine Quelle mit 10 l/s minimaler Schüttung im Winter. Die Wassertemperatur beträgt 6 Grad Celsius. Mein Energiebedarf für den gesamten Hof beträgt ca. 20 kW. Frage: Kann ich eine Wasser/Wasser-Wärmepumpe installieren?

Antwort vom Autor:

Unter der Annahme, dass die Wärmepumpe das Wasser von 6 °C auf 2 °C abkühlen würde, ergäbe das eine dem Wasser entzogene Wärmeleistung von ca. 4,2 kJ/(kg K) · 10 kg/s · 4 K = 168 kW. Die Wärmepumpe könnte damit eine Heizleistung von grob geschätzt 200 kW bereitstellen, also das Zehnfache Ihres Bedarfs.

28.03.2022

Wir überlegen ein 5-Familienhaus mit ca. 900 qm Wohnfläche auf Wärmepumpe umzustellen. Wir haben die Situation, dass zwei unterirdische Bäche über das Grundstück geführt werden. Wir könnten hier die zwei Bachläufe in einer Brunnenstube zusammenführen und hier eine Wärmepumpe integrieren. Ist diese Überlegung sinnvoll?

Antwort vom Autor:

Im Prinzip ist das schon interessant. Man müsste aber erst mal sehen, ob man eine Genehmigung für diese Nutzung erhalten würde.

Hier können Sie Fragen und Kommentare zur Veröffentlichung und Beantwortung vorschlagen. Über die Annahme wird der Autor des RP-Energie-Lexikons nach gewissen Kriterien entscheiden. Im Kern geht es darum, dass die Sache von breitem Interesse ist.

Wegen starker Arbeitsbelastung bitten wir um Verständnis dafür, dass nicht gut passende Kommentare und Fragen nicht bearbeitet werden können, und dass die Bearbeitung oft einige Wochen benötigt.

Wenn Ihnen hier geholfen wird, möchten Sie sich vielleicht mit einer Spende revanchieren, mit der Sie die weitere Entwicklung des Energielexikons unterstützen.

Datenschutz: Bitte geben Sie hier keine personenbezogenen Daten ein. Wir würden solche allerdings ohnehin nicht veröffentlichen und bei uns bald löschen. Siehe auch unsere Datenschutzerklärung.

Wenn Sie eine persönliche Rückmeldung oder eine Beratung vom Autor wünschen, schreiben Sie ihm bitte per E-Mail.

Ihre Frage oder Ihr Kommentar:

Ihr Hintergrund (freiwillige Angabe, z. B. "Handwerker", "Journalist" oder "Schüler"):

Spam-Prüfung:

  (Bitte die Summe von fünf und zwölf hier als Ziffern eintragen!)

Mit dem Abschicken geben Sie Ihre Einwilligung, Ihre Eingaben gemäß unseren Regeln hier zu veröffentlichen.

preview

Wenn Ihnen diese Website gefällt, teilen Sie das doch auch Ihren Freunden und Kollegen mit – z. B. über Social Media durch einen Klick hier:

Diese Sharing-Buttons sind datenschutzfreundlich eingerichtet!

Code für Links auf anderen Webseiten

Wenn Sie einen Link auf diesen Artikel anderswo platzieren möchten (z. B. auf Ihrer Website, Social Media, Diskussionsforen oder in der Wikipedia), finden Sie hier den benötigten Code. Solche Links können z. B. für Worterklärungen sehr nützlich sein.

HTML-Link auf diesen Artikel:

<a href="https://www.energie-lexikon.info/wasser_wasser_waermepumpe.html">
Artikel über Wasser/Wasser-Wärmepumpe</a>
im <a href="https://www.energie-lexikon.info/">RP-Energie-Lexikon</a>

Mit Vorschaubild (siehe den Kasten direkt über diesem):

<a href="https://www.energie-lexikon.info/wasser_wasser_waermepumpe.html">
<img src="https://www.energie-lexikon.info/previews/wasser_wasser_waermepumpe.png"
alt="Artikel" style="width:400px"></a>

Falls Sie es für angemessen halten, einen Link in der Wikipedia zu setzen, z. B. unter "==Weblinks==":

* [https://www.energie-lexikon.info/wasser_wasser_waermepumpe.html
Artikel über 'Wasser/Wasser-Wärmepumpe' im RP-Energie-Lexikon]