Bei dieser Wärmepumpenheizung fungiert das Grundwasser, das durch Sonnenenergie erwärmt wird, als Energiequelle zur Wärmeentnahme. Dieses ist kontinuierlich fließend und befindet sich tief unter der Erdoberfläche. Grundwasser-Wärmepumpen gehören zu den modernsten, effizientesten und umweltfreundlichsten Heizsystemen, die es auf dem Markt gibt.
Was ist eine Wasser/Wasser-Wärmepumpe?
Als Wasser/Wasser-Wärmepumpe bezeichnet man eine Wärmepumpe, die dem Grundwasser Wärme entzieht und dem Heizungswasser als nutzbare Energie zur Verfügung stellt. Dabei gilt auch hier: Je geringer die benötigte Vorlauftemperatur ist, umso effizient arbeitet die Wärmepumpe und umso geringer sind die Betriebskosten.Wasser-Wasser-Wärmepumpen bezeichnet man auch als Grundwasser-Wärmepumpen, wobei als Wärmequelle nicht immer Grundwasser herangezogen wird. Auch können theoretisch Seen oder Bäche als Wärmequellen herangezogen werden. Auf alle Fälle ist diese Art von Wärmepumpen bewilligungspflichtig. Auch erhält man das Recht zur Grundwassernutzung nur auf bestimmte Zeit (meist 10 Jahre) und muss dieses „Recht“ dann verlängern lassen.
Warum eine Wasser/Wasser-Wärmepumpe?
Eine Wasser/Wasser-Wärmepumpe ist grundsätzlich eine der effizientesten Wärmepumpen, da das Grundwasser Sommer wie Winter ziemlich konstante Temperaturen aufweist. Auch kann das Grundwasser im Sommer sehr komfortabel zur Kühlung herangezogen werden. Wasser/Wasser-Wärmepumpenanlagen bestehen aus einem Saugbrunnen und einem Schluckbrunnen, wobei der Schluckbrunnen auch als Sickerschacht ausgeführt werden kann. Der Saugbrunnen kann entweder gebohrt (bei größeren Tiefen) oder gegraben werden. Ein geschlagener Brunnen eignet sich nicht als Wärmequelle. Als Richtwert für die benötigte Wassermenge kann ein Wert von 240 Liter/h pro kW Heizleistung angenommen werden (d.h. für 6 kW Heizleistung sind ca. 1450 Liter pro Stunde Grundwasser nötig). Diese Wassermenge muss ein Saugbrunnen dementsprechend auch liefern können. Bohr- bzw. Grabtiefen richten sich meist nach dem 100-jährigen Tiefststand des Grundwassers.
In letzter Zeit werden Wasser/Wasser-Wärmepumpen als Sole/Wasser-Wärmepumpen ausgeführt, wobei ein Wärmetauscher zur Wärmeübertragung vorgeschaltet wird. Das hat sich als zielführend herausgestellt, da sich das Grundwasser in der Zusammensetzung ändern kann und der Wärmetauscher in der Wärmepumpe dadurch geschont wird.
Wärmeaufnahme – Saugbrunnen und Schluckbrunnen
Um die Wärmeenergie aus dem Grundwasser aufzunehmen und das Wasser schließlich nachhaltig wieder zurückzubefördern, spielen zwei entscheidende Komponenten beim Betrieb einer Wasser/Wasser Wärmepumpe eine Rolle:
- Zum einen der Saugbrunnen, der entweder gebohrt oder gegraben werden muss. Er entnimmt das Grundwasser und lässt es durch die Pumpe zirkulieren und so seine Wärme aufzunehmen.
- Der Schluckbrunnen, der auch als Sickerschacht bezeichnet wird, ist verantwortlich für die spätere Rückführung des abgekühlten Wassers in das Grundwasser. Diese kontinuierliche Zirkulation der beiden Brunnen ermöglicht einen effizienten Wärmeaustausch zwischen dem Grundwasser und dem Heizsystem – ohne den natürlichen Grundwasserstand zu stören.
Planung und Aufbau des Systems
Planung und Aufbau der Wärmepumpe-Wasser/Wasser hängt vom Grundwasservorkommen und den Gegebenheiten des Standortes ab, wie z.B. dessen Fließrichtung, Qualität und Tiefenlage. In der Regel wird angenommen, dass für jede kW Heizleistung etwa 240 Liter Grundwasser pro Stunde benötigt. Es ist daher von wesentlicher Bedeutung, dass der Saugbrunnen diese Wassermenge zuverlässig liefern kann.
Wie tief bei der Installation der Brunnenanlagen gegraben bzw. gebohrt werden muss, hängt von der lokalen Grundwasserlage, einschließlich dessen Fließrichtung, Tiefenlage und Qualität ab. Um einen Durchschnittswert zu nennen, wird ein Saugbrunnen in der Regel zwischen 15 und 20 Metern Tiefe angelegt.
Es ist auch wichtig zu beachten, dass beide Vorrichtungen, Saugbrunnen als auch der Schluckbrunnen mindestens 15 Meter voneinander entfernt, in Richtung Grundwasserströmung angelegt werden müssen. Dies ist notwendig, um eine Vermischung von Warm- und Kaltwasser zu vermeiden.
So funktioniert eine Wärmepumpe-Wasser-Wasser
1. Wasserentnahme und Wärmeaufnahme
Bei der Wärmegewinnung wird zunächst Grundwasser aus einem Saugbrunnen entnommen. Dieses Wasser fließt durch ein Wärmeaustauschsystem in der Wärmepumpe, in dem sich ein Kältemittel befindet. Das Kältemittel nimmt die Wärmeenergie aus dem Grundwasser auf. Dies geschieht jedoch, ohne dass das Kältemittel mit dem Grundwasser in Berührung kommt.
2. Verdampfung
Aufgrund der aufgenommenen Wärme der Wasser/Wasser-Wärmepumpe ändert das Kältemittel seinen Aggregatzustand von flüssig zu gasförmig und verdampft. Dies geschieht auch bei niedrigen Temperaturen, da das Kältemittel bereits bei sehr geringen Temperaturen seinen Aggregatzustand ändert.
3. Kompression des Kältemittels
Das gasförmige Kältemittel gelangt nun in einen Kompressor, wo dessen Volumen durch Kompression verringert wird. Dies führt einer natürlichen Erhitzung des gasförmigen Kältemittels, basierend auf dem Prinzip der Thermodynamik. Es wird keine externe Energie benötigt, um das gasförmige Kältemittel zu erhitzen.
4. Kondensation und Wärmeübertragung
Nach der Kompression gelangt das indessen heiße gasförmige Kältemittel in einen zweiten Wärmetauscher, den sogenannten Kondensator. Hier gibt das Kältemittel seine Wärme an das Heizsystem ab. Durch die Abgabe der Wärme kühlt das Kältemittel ab und wechselt wieder in den flüssigen Ursprungszustand.
5. Wiederholung des Zyklus
Nach der Wärmeabgabe und der Kondensation wird das indessen wieder flüssige Kältemittel in den ersten Wärmetauscher der Grundwasserwärmepumpe zurückgeführt, wo es erneut Wärme aus dem Grundwasser aufnimmt. Dieser geschlossene Zyklus wiederholt sich kontinuierlich und gewährleistet eine konstante Wärmezufuhr für das Heizsystem.