Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe
Die unterirdischen Grundwasservorkommen nutzen dem Menschen seit jeher, schließlich stellen sie die lebensnotwendige Trinkwasserversorgung sicher. Doch Grundwasser kann noch viel mehr, mit ihm lassen sich Gebäude beheizen und auch das Brauchwasser kann mit seiner Hilfe auf angenehme Duschtemperatur gebracht werden. Der Grund dafür ist die relativ konstante Temperatur der Grundwasservorkommen, die nur geringen jahreszeitlichen Temperaturschwankungen unterlegen ist. Um gerade einmal ein Grad Celsius beeinflussen Lufttemperatur und Sonneneinstrahlung das Grundwasser, sodass es im Schnitt eine konstante Temperatur von 8 bis 12 Grad Celsius aufweist – ein idealer Wärmespeicher also.
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Das Funktionsprinzip der Wasser-Wasser-Wärmepumpe
Im Gegensatz zu anderen Wärmepumpenarten wird nicht etwa Sole als Überträger der aufgenommenen Wärme genutzt, sondern das Grundwasser selbst. Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe arbeitet demnach mit einem offenen System. Entsprechend großzügig muss daher das Bohrloch für den Brunnen angelegt sein, damit auch immer konstant viel Wasser nachfließen kann und ein ausreichend hoher Druckfluss gewährleistet ist. Das Grundwasser wird dabei über eine Brunnenpumpe aus dem Ansaugbrunnen – in der Regel aus Tiefen von bis zu 20 Metern – in die Wärmepumpe gefördert. Mit Hilfe des Wärmetauschers wird nun die Wärme des Grundwassers an das in den Rohren innerhalb der Wärmepumpe befindliche Kältemittel abgegeben.
Während das abgekühlte Grundwasser über einen so genannten Schluckbrunnen wieder dem Grundwasserfluss zugeführt wird, wird das Kältemittel an den Verdichter weitergeleitet. Dort ändert es durch Druck den Aggregatzustand von flüssig in gasförmig. Bei diesem Vorgang steigt die Temperatur so weit an, dass sie für die Temperierung des Heizkreislaufes vollkommen ausreichend ist. Der Druck wird sodann über ein Expansionsventil abgebaut. Das Kältemittel erreicht wieder seinen ursprünglichen Zustand und der Kreislauf kann mit dem Ansaugen des Grundwassers von vorne beginnen.
Für den Betrieb der Wärmepumpe ist wie bei allen Wärmepumpen eine externe Energiequelle nötig. Werden alle Voraussetzungen optimal erfüllt, so halten sich die Stromkosten für den Wärmepumpenbetrieb allerdings in Grenzen – für die Erzeugung von 5 Kilowattstunden Wärme ist ein Strombedarf von 1 Kilowattstunde nötig.
Schema einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe, Bildquelle: Bundesverband Wärmepumpe
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Voraussetzungen für den Betrieb der Wasser-Wasser-Wärmepumpe
Der effiziente Betrieb einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist zum einen von der Grundwassermenge und zum anderen von der Qualität des Grundwassers abhängig. Je mehr Menge, Qualität und Temperatur im Optimalbereich liegen, desto höher der Wirkungsgrad der Wärmepumpe und umso niedriger die Verbrauchskosten. Die beste Wirtschaftlichkeit wird bei guter Wasserqualität und hohem Wasserstand erreicht. Verunreinigungen im Grundwasser gehen jedoch zu Lasten der Effizienz. Vor der Inbetriebnahme einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe empfiehlt es sich daher, eine Wasserprobe zu nehmen. Zu viele Feststoffe, Eisen oder Mangan im Wasser verursachen später hohe Wartungskosten (Pumpenverschleiß, Verockerung) und mindern die Wirtschaftlichkeit. Ein wichtiger wirtschaftlicher Aspekt ist zudem die Bohrtiefe.
Bei Bohrungen in Tiefen über 20 Metern lohnt sich eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe aufgrund der hohen Bohrkosten in der Regel nicht. Zu beachten ist außerdem, dass für das Bohrvorhaben der beiden Brunnen (Ansaug- und Schluckbrunnen) die Genehmigung der Unteren Wasserbehörde eingeholt werden muss.
An das Gebäude stellt eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe jedoch nur geringe Anforderungen. Eine gute Dämmung prädestiniert auch den Altbau für eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe, denn die baulichen Eingriffe und der Platzaufwand für die Technik sind nur gering. Bei Objekten, die bereits über einen Grundwasserbrunnen verfügen, lässt sich dieser zudem in der Regel nutzen, sodass nur noch eine Bohrung vorgenommen werden muss.
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