Wasser-Wasser-Wärmepumpen: So funktionieren sie

Wie der Name vermuten lässt, gewinnen Wasser-Wasser-Wärmepumpen Wärme mithilfe von Wasser – in der Regel aus dem Grundwasser. Dazu muss das Wasser nach oben gepumpt und nach dem Passieren des Kältemittelkreislaufs wieder abgelassen werden. Zu diesem Zweck werden zwei Brunnen gebohrt: der sogenannte Saug- oder Förderbrunnen und der Schluck- oder Ablassbrunnen. 

Grundwasser hat eine relativ konstante Temperatur von etwa 8 bis 12 Grad Celsius. Da diese Temperatur nicht ausreicht, um Warmwasser zu bereiten oder zu heizen, wird die Wärmeenergie aus dem Wasser mittels eines Wärmetauschers an einen Kältemittelkreislauf übertragen. Das Kältemittel verdampft auch bei diesen niedrigen Temperaturen, wird dann verdichtet und auf diese Weise erhitzt. Die so gewonnene Wärme wird nun an den Heizkreislauf übertragen. 

Der Kältemittelkreislauf setzt sich fort: Ist die Wärme abgegeben, wird der Druck auf das Kältemittel mithilfe eines Entspannungsventils reduziert und das Kältemittel verflüssigt sich wieder. Es wird nun zum Beginn des Kreislaufs zurücktransportiert und kann dort erneut Wärmeenergie aufnehmen. Für den Betrieb benötigen Wärmepumpen Strom. Wie effizient dieser genutzt werden kann, entscheidet über die Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe.

So effizient arbeiten Wasser-Wasser-Wärmepumpen

Die Effizienz von Wärmepumpen wird mithilfe der Jahresarbeitszahl, kurz JAZ, beziffert. Sie gibt das Verhältnis von gewonnener erneuerbarer Wärme zu bereitgestelltem Strom an. Wärmepumpen, die Wasser als Wärmequelle nutzen, haben eine Jahresarbeitszahl von bis zu 5. Eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe kann also einen jährlichen Wärmebedarf von 15.000 Kilowattstunden bei einem Stromverbrauch von 3.000 Kilowattstunden decken. 

Damit sind Wasser-Wasser-Wärmepumpen effizienter als Luft- und Erdwärmepumpen. Luftwärmepumpen erreichen eine Jahresarbeitszahl von durchschnittlich etwa 3,1, sind jedoch leicht zu installieren und vergleichsweise günstig. Erdwärmepumpen sind aufwendiger in der Installation, doch ihre Jahresarbeitszahl liegt mit etwa 4,1 im Durchschnitt höher. 

Wie bereits erwähnt, benötigen Wasser-Wasser-Wärmepumpen zwei Brunnen, um Wasser anzusaugen und wieder abzulassen. Das macht die Installation vergleichsweise aufwendig und kostenintensiv. Außerdem müssen diverse Bedingungen erfüllt sein:

• In Wasserschutz- und Heilquellenschutzgebieten dürfen Wasser-Wasser-Wärmepumpen nicht installiert werden. In jedem Fall muss in Deutschland die Untere Wasserbehörde ihre Zustimmung erteilen. 
• Die Brunnen müssen in einem Abstand von mindestens 10 bis 15 Metern zueinander gebohrt werden, was ein ausreichend großes Grundstück voraussetzt. 
• Die Qualität des Grundwassers muss bestimmte Kriterien erfüllen (beispielsweise wenig Eisen und Mangan enthalten), damit die Pumpe nicht vorzeitigem Verschleiß ausgesetzt ist. 
• Die Grundwassermenge muss ausreichend sein. Bei einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe mit einer Heizleistung von 10 Kilowatt bedeutet das etwa 2,5 Kubikmeter pro Stunde im laufenden Betrieb. 
• Auch der Grundwasserspiegel spielt eine Rolle. Liegt er dauerhaft unter etwa 15 bis 20 Metern, ist der wirtschaftliche Betrieb einer Wasserwärmepumpe nicht möglich, da der Stromverbrauch für die Pumpleistung zu hoch wäre.

Wie alle Wärmepumpen arbeiten auch Wasser-Wasser-Wärmepumpen äußerst effizient und mithilfe erneuerbarer Energien. Besonders umweltfreundlich sind sie, wenn sie mit Ökostrom betrieben oder mit Photovoltaik kombiniert werden. Doch selbst wenn kein Ökostrom zum Einsatz kommt, sind sie aus ökologischer Sicht eindeutig eine bessere Wahl als konventionelle Heizsysteme. Da keine fossilen Brennstoffe notwendig sind, werden zudem weder Kamin noch Schornsteinfegerdienste benötigt.

Finanziell lohnen sich Wärmepumpen ebenfalls. Wasser-Wasser-Wärmepumpen arbeiten aufgrund ihrer hohen Jahresarbeitszahl besonders ökonomisch. Die anfänglich hohen Installationskosten amortisieren sich bei guter Planung nach einigen Jahren. Wasserwärmepumpen ersetzen außerdem eine Klimaanlage: An heißen Tagen werden sie „umgekehrt“ betrieben und erzeugen Kälte. 

Sind die entsprechenden Standortbedingungen gegeben, können Wasser-Wasser-Wärmepumpen auch auf vergleichsweise kleinen Grundstücken installiert werden. Das liegt daran, dass die Brunnen nicht wie Erdkollektoren über große Flächen verlegt, sondern stattdessen senkrecht in die Tiefe gebohrt werden. Einen Vorteil gegenüber Luftwärmepumpen haben sie dank ihrer äußerst geringen, kaum wahrnehmbaren Geräuschemissionen. 

Der größte Nachteil einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe liegt in der aufwendigen Genehmigung und Installation. Zunächst wird das hydrologische Gutachten benötigt, dann muss die Untere Wasserbehörde zustimmen. Für beide Schritte fallen Kosten an, die zu den relativ hohen Installationskosten noch beitragen. 

Darüber hinaus sollte eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe mit einem passenden Heizsystem kombiniert werden. Ideal ist eine Flächenheizung, beispielsweise eine Fußbodenheizung. Generell gilt: Je größer die Heizkörper, desto effizienter arbeitet die Pumpe. Beeinträchtigt werden kann die Effizienz auch durch einen in Trockenzeiten abfallenden Grundwasserspiegel. In diesem Fall steigen die Stromkosten, da das Wasser aus größerer Tiefe gefördert werden muss. 

Wasser-Wasser-Wärmepumpen werden grundsätzlich so geplant, dass ein wirtschaftlicher Betrieb gegeben ist. Das bedeutet, dass die Ersparnis an Heizkosten so hoch ist, dass sie innerhalb einiger Jahre die einmaligen Anschaffungskosten ausgleicht. 

Die höchsten Kosten für Wasser-Wasser-Wärmepumpen fallen für die Anschaffung an. Je nach Marktlage bewegen sich die Preise im hohen vierstelligen oder niedrigen fünfstelligen Bereich. Hinzu kommen die ebenfalls einmaligen Kosten für die Installation. Hier können Sie mit einem Betrag im niedrigen vierstelligen Bereich rechnen. Im selben Rahmen bewegen sich auch die Kosten für das hydrologische Gutachten, das Voraussetzung für die Installation ist. Diese hohen Kosten und die rechtlichen Anforderungen sorgen dafür, dass die Warmwasser-Wärmepumpen hierzulande wenig verbreitet sind.

Senken lassen sich die Kosten mithilfe von Förderungen für Wärmepumpen. Bundesweit erhältlich sind Förderungen vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) und von der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW). Sie können entweder bis zu 40 % der förderfähigen Kosten erstattet bekommen oder einen Tilgungszuschuss von bis zu 45 % erhalten. Wichtig: Der Antrag auf Förderung muss vor Beginn der Maßnahmen genehmigt werden, da sonst die Förderung verwehrt wird.

Laufende Kosten verursacht eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe für Strom. Hier gilt als Faustregel: Teilen Sie den jährlichen Wärmebedarf durch die Jahresarbeitszahl, um so den ungefähren Stromverbrauch ermitteln und die Stromkosten berechnen zu können. Hinzu kommen außerdem Kosten im niedrigen dreistelligen Bereich pro Jahr für die Wartung.

Voraussetzungen für einen wirtschaftlichen Betrieb

Im laufenden Betrieb sind Wärmepumpen und insbesondere auch Wasser-Wasser-Wärmepumpen günstiger als konventionelle Gas- oder Ölheizungen. Aufgrund der eingesparten Kosten rentieren sich Wasser-Wasser-Wärmepumpen in der Regel innerhalb einiger Jahre. Wie schnell das geschieht, ist abhängig vom Wärmebedarf und dem Zustand des Gebäudes. Folgende Faktoren unterstützen einen wirtschaftlichen Betrieb: 

• Gute Dämmung: Ein gut gedämmtes Gebäude mit modernen Türen und Fenstern eignet sich hervorragend für Wasserwärmepumpen. Insbesondere Neubauten sind prädestiniert für den Einsatz.
• Große Heizflächen: Je niedriger die benötigte Vorlauftemperatur, desto effizienter können Wärmepumpen betrieben werden und desto geringer fallen die Stromkosten aus.
• Hoher Wärmebedarf: Aufgrund der hohen Jahresarbeitszahl von Wasserwärmepumpen fällt die Kostenersparnis bei hohem Wärmebedarf umso höher aus. Daher werden Wasserwärmepumpen meist ab einer Heizleistung von etwa 10 Kilowatt besonders empfohlen.

Wirtschaftlichkeit von Wasserwärmepumpen im Altbau

Auch im Altbau kann die Installation einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe sinnvoll sein. Wegen der typischerweise deutlich schlechteren Dämmung wird mehr Strom benötigt, um das Gebäude zuverlässig mit Wärme zu versorgen. Aufgrund der hohen Jahresarbeitszahl sind Wasser-Wasser-Wärmepumpen jedoch von allen Wärmepumpen oft am besten für Altbauten geeignet.

Bei der Beurteilung, ob die Installation sinnvoll ist, kommt es neben der Dämmung auch auf den Zustand von Türen und Fenstern sowie auf die Beschaffenheit der Heizkörper an. Bisweilen ist es sinnvoll, kleinere Heizkörper durch größere auszutauschen. Allein dadurch kann sich die Bilanz hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit verändern. Vorteilhaft ist außerdem, dass die Installation von Wasserwärmepumpen kaum Veränderungen am Gebäude selbst bedingt.

Eine Wärmepumpe mit einer Photovoltaikanlage zu kombinieren, hat zwei große Vorteile: 

Zum einen fällt die Ökobilanz deutlich besser aus, da die Wärmepumpe – zumindest teilweise – mit sauberem Solarstrom betrieben wird. Auch wenn im Winter nicht ausreichend Solarstrom zur Verfügung steht und Strom aus dem Netz zugekauft werden muss, ist das aus ökologischer Sicht sinnvoll. 

Zum anderen lassen sich durch die Kombination mit Photovoltaik auch die Stromkosten weiter senken. Solarstrom ist im Vergleich zu Netzstrom deutlich günstiger. So amortisiert sich die Wärmepumpe schneller. Die Verbindung trägt außerdem dazu bei, den Eigenverbrauch an Solarstrom deutlich zu steigern, was wiederum die Rentabilität der Photovoltaikanlage verbessert.