Im Gegensatz zu Gas- oder Ölheizungen, die fossile Brennstoffe verbrennen und CO2 freisetzen, fallen Wasser-Wasser-Wärmepumpen in die klimafreundliche Kategorie „erneuerbare Heizung“. Sie nutzen die natürliche Wärmeenergie des Grundwassers und wandeln sie in Heizenergie um. In unseren Breiten hat das Grundwasser unabhängig von den Jahreszeiten eine konstante Temperatur zwischen 8 und 12 Grad Celsius. Diese Temperaturstabilität macht Grundwasser zu einer äußerst zuverlässigen und effizienten Wärmequelle für Wärmepumpen.

Übrigens: Das erste "Wasser" in der Bezeichnung Wasser-Wasser-Wärmepumpe bezieht sich auf die Wärmequelle Grundwasser. Das zweite "Wasser" steht für das Wärmeverteilsystem in deinem Haus: Die gewonnene Wärme wird an das Heizungswasser abgegeben, welches dann durch die Heizkörper oder die Flächenheizung zirkuliert. Falls du den Begriff Wasser-Wärmepumpe liest: Damit ist in der Regel auch eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe gemeint.

Wie jede Wärmepumpe hebt auch eine Wasser-Wärmepumpe die Temperatur der Wärmequelle auf ein für die Heizung oder die Warmwasserbereitung nutzbares Niveau an. Technisch funktioniert das über das Herzstück jeder Wärmepumpe, den sogenannten Wärmekreislauf. Fachlich korrekt spricht man vom Kältekreislauf.

Er nutzt die physikalischen Eigenschaften spezieller Kältemittel, um Wärme aus der Umgebung aufzunehmen und für Heizzwecke nutzbar zu machen. Diese Kältemittel verdampfen schon bei sehr niedrigen Temperaturen. Ein Beispiel dafür ist das natürliche Kältemittel R290 (Propan), dessen Siedepunkt bei erstaunlichen minus 45 Grad Celsius liegt. Mehr Details zu diesem Thema findest du in unserem Blogbeitrag über Wärmpumpen, die mit Propan betrieben werden.

Bevor der Kreislauf beginnt, wird das Grundwasser mithilfe einer Unterwasserpumpe aus einem speziell angelegten Förderbrunnen, auch Saugbrunnen genannt, durch ein Rohrsystem zum Verdampfer der Wasser-Wasser-Wärmepumpe transportiert. Hier nimmt das zirkulierende Kältemittel die Wärmeenergie des Grundwassers auf und verdampft aufgrund der deutlich niedrigeren Siedetemperatur. Der nun gasförmige Kältemitteldampf wird in den Verdichter weitergeleitet, wo die Temperatur des Kältemittelgases unter hohem Druck nochmals deutlich ansteigt. Dieser Vorgang ist vergleichbar mit dem Prinzip einer Fahrradpumpe, bei der sich die komprimierte Luft erwärmt. Im nächsten Bauteil, dem Verflüssiger, gibt das hochtemperierte Gas seine Energie an die Heizung ab. Dabei kühlt es ab und verflüssigt wieder. Die gewonnene Wärme wird über Fußbodenheizungen, Heizkörper und andere Heizsysteme im Haus verteilt oder zur Bereitung von Warmwasser genutzt.

Im letzten Schritt wird das flüssige Kältemittel durch ein Expansionsventil geleitet, wo es sich entspannt und seine Temperatur weiter sinkt. Es fließt zurück zum Verdampfer, wo der Kreislauf von neuem beginnt. Das Wasser, dem die Wärme entzogen wurde, wird von der Wärmepumpe über einen zweiten Brunnen, den Schluckbrunnen, wieder in das Grundwasser zurückgeleitet.

Und so sieht das ganze in der Praxis aus:

Wasser-Wasser-Wärmepumpen zeichnen sich durch eine hervorragende Effizienz aus und haben mindestens ebenso hohe Jahresarbeitszahlen wie Sole-Wasser-Wärmepumpen. Bei Wirkungsgraden von bis zu 500 Prozent können sie aus einer Kilowattstunde elektrischer Energie beachtliche fünf Kilowattstunden Wärmeenergie erzeugen. Warum also sind sie nicht öfter die Wärmepumpe der Wahl?

Laut Bundesverband der Heizungsindustrie waren von den im Jahr 2024 in Deutschland insgesamt verkauften 141.500 Wärmepumpen nur rund 1.500 Wasser-Wasser-Wärmepumpen, das entspricht einem mageren Anteil von rund einem Prozent. Wir haben dir in einer kurzen Übersicht zusammengestellt, was für und gegen die Installation von Wasser-Wasser-Wärmepumpen spricht.

Vorteile einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe

• Hohe Effizienz (hohe JAZ) und niedrige Betriebskosten
• Ganzjährig konstante Leistung unabhängig von Außentemperaturen
• Platzsparend, da keine großen Erdkollektoren nötig sind
• In vielen Fällen wird das Grundwasser ohne effizienzmindernden Wärmetauscher (Erdkollektoren, -sonden oder Zwischenwärmespeicher) direkt zur Wärmepumpe geleitet
• Umweltfreundlich durch Nutzung erneuerbarer Energie
• Lange Lebensdauer der Anlage
• Möglichkeit zur Kühlung im Sommer

Nachteile einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe

• Vergleichsweise hohe Investitionskosten für die Erstinstallation
• Genehmigungsverfahren und geologische Untersuchungen erforderlich
• Abhängigkeit von ausreichender Grundwasserqualität und -menge
• Regelmäßige Wartung und Reinigung der Brunnen notwendig
• Mögliche Einschränkungen durch Wasserschutzgebiete und niedrige Grundwasserstände
• Risiko von Verunreinigungen des Grundwassers bei unsachgemäßer Installation

Dazu eine Anmerkung: Sinkende Grundwasserstände entwickeln sich in Deutschland zunehmend zu einem ernsthaften Problem. Das kann zu einem entscheidenden Nachteile für den Betrieb von Wasser-Wasser-Wärmepumpen werden, da sie auf ausreichend Grundwasser angewiesen sind.

Du musst also gründlich planen und mit Experten darüber sprechen, ob das Grundwasser unter deinem Grundstück auch in Zukunft die Energie für eine Wasser-Wärmepumpe liefern kann. Viele Bundesländer bieten Grundwasserstands-Karten an.

Die Installation und der effiziente Betrieb einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe sind an bestimmte geologische, technische und rechtliche Voraussetzungen geknüpft. Bevor du dich für eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe entscheidest, solltest du folgende Aspekte sorgfältig prüfen:

Geologische Bedingungen

Die wichtigste Voraussetzung für den Betrieb einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist das Vorhandensein von Grundwasser in ausreichender Menge und Qualität. Dabei spielen mehrere Faktoren eine wichtige Rolle:

• Grundwasserspiegel: Der Grundwasserspiegel sollte idealerweise nicht tiefer als 15 bis 20 Meter unter der Erdoberfläche liegen. Bei größeren Tiefen steigen die Kosten für die Brunnenbohrung und den Pumpenbetrieb, was die Wirtschaftlichkeit deiner Wasser-Wasser-Wärmepumpe beeinträchtigen kann.

• Grundwassermenge: Es muss eine ausreichende Menge an Grundwasser zur Verfügung stehen. Als Faustregel gilt, dass pro Kilowatt Heizleistung etwa 0,2 bis 0,3 Kubikmeter Wasser pro Stunde benötigt werden.

• Grundwasserqualität: Die chemische Zusammensetzung des Grundwassers ist von großer Bedeutung. Ein zu hoher Gehalt an Eisen, Mangan oder anderen Mineralien kann zu Ablagerungen und Korrosion in deiner Wärmepumpe führen. Eine Wasseranalyse ist daher unerlässlich.

• Grundwassertemperatur: Die ideale Temperatur des Grundwassers liegt zwischen 8 und 12 Grad Celsius. Diese Temperatur bleibt relativ konstant. Du kannst deine Wärmepumpe also das ganze Jahr mit hoher Effizienz betreiben.

Technische Anforderungen

Neben den geologischen Bedingungen müssen auch bestimmte technische Voraussetzungen erfüllt sein, bevor du deine Wasser-Wasser-Wärmepumpe nutzen kannst.

• Brunnen: Es sind zwei Brunnen notwendig – ein Förderbrunnen (Saugbrunnen) zur Entnahme des Grundwassers und ein Schluckbrunnen (Sickerbrunnen), der das abgekühlte Wasser nach der Wärmeentnahme wieder ins Erdreich zurückzuführt.
  
  Der Förderbrunnen ist mit einer Unterwasserpumpe ausgestattet. Die Tiefe des Brunnens variiert je nach Grundwasserspiegel und liegt typischerweise zwischen 5 und 20 Metern. Der Schluckbrunnen muss die gleiche Wassermenge aufnehmen können, die zuvor dem Förderbrunnen entnommen wurde. Um zu vermeiden, dass das abgekühlte Wasser in den Förderbrunnen gelangt, werden die beiden Brunnen in einem Mindestabstand von 15 Metern angelegt. Der Schluckbrunnen befindet sich in Fließrichtung des Grundwassers hinter dem Förderbrunnen, um die optimale Wasserrückführung und -verteilung sicherzustellen.

• Platzanforderungen: Obwohl die Wärmepumpe selbst relativ kompakt ist, muss auf dem Grundstück ausreichend Platz für die Brunnenanlagen vorhanden sein.

• Heizungssystem: Wasser-Wasser-Wärmepumpen arbeiten am effizientesten mit Niedertemperatur-Heizsystemen wie Fußbodenheizungen oder großflächigen Heizkörpern. Bei Altbauten kann eine energetische Sanierung sinnvoll sein, um die optimale Effizienz zu erreichen.

• Stromversorgung: Für den Betrieb der Unterwasserpumpe und des Verdichters der Wärmepumpe ist ein entsprechender Stromanschluss erforderlich.

Rechtliche Rahmenbedingungen

Die Nutzung von Grundwasser wird streng reguliert. Das hat auch Auswirkungen auf die Inbetriebnahme einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe:

• Genehmigungspflicht: Die Errichtung einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist in der Regel genehmigungspflichtig. Die zuständige Wasserbehörde muss die Erlaubnis zur Grundwasserentnahme und -rückführung erteilen.

• Wasserschutzgebiete: In ausgewiesenen Wasserschutzgebieten ist die Installation einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe oft nicht gestattet.

• Baurecht: Neben der wasserrechtlichen Genehmigung können auch baurechtliche Vorschriften relevant sein.

• Umweltauflagen: Es müssen Vorkehrungen getroffen werden, um eine Verunreinigung des Grundwassers zu verhindern.

Tipps zur Planung und Vorbereitung

Aufgrund der vielfältigen Anforderungen ist eine sorgfältige Planung deiner Wasser-Wasser-Wärmepumpe unerlässlich. Lass dich unbedingt von einem erfahrenen Fachbetrieb, der mit den spezifischen Anforderungen von Wasser-Wasser-Wärmepumpen vertraut ist, beraten. Hier findest du einen alpha innotec Fachpartnerbetrieb in deiner Nähe. Was du noch beachten musst, bevor du von den Vorteilen deiner Grundwasserwärmepumpe profitieren kannst:

• Hydrogeologisches Gutachten: Ein Fachgutachten gibt Aufschluss über die Eignung des Standorts und die zu erwartende Leistungsfähigkeit der Anlage.

• Heizlastberechnung: Eine genaue Berechnung des Wärmebedarfs ist unbedingt notwendig, um die Leistung der Wärmepumpe optimal zu dimensionieren und ihre größtmögliche Effizienz sicherzustellen. Unsere Fachpartnerbetriebe sind dafür geschult.

• Dauer der Genehmigungsverfahren: Es kann einige Zeit dauern, bis alle erforderlichen Genehmigungen eingeholt sind. Du solltest damit also so früh wie möglich starten.