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WasserwärmepumpenDie bekanntesten und am häufigsten genutzten Varianten einer Wasser/Wasser-Wärmepumpe nutzen entweder die Wärme des Grundwassers oder des Oberflächenwassers. Hier werden neben diesen beiden jedoch auch die weniger bekannten Methoden der Abwasserwärmerückgewinnung (AWRG) und des Solar-Eisspeichers vorgestellt. 2012 wurden in Deutschland mehr als 22.000 Wasser/Wasser-Wärmepumpen montiert.

Thermische Energie aus dem Grundwasser mit der Wasserwärmepumpe nutzen

Grundwasser eignet sich besonders als Wärmequelle für eine Wärmepumpe, weil es über das ganze Jahr hinweg eine fast konstante Temperatur hat. Auch an sehr kalten Wintertagen fällt die Grundwassertemperatur nicht unter 10 °C. Es darf allerdings nicht in zu großer Tiefe und sollte in einer ausreichenden Menge und Qualität vorhanden sein. Die Grundwassertiefe wirkt sich dabei auf die Leistung der Pumpe aus, da für das Hochpumpen Energie benötigt wird. Die Wasserqualität sollte so gut sein, dass die Rohrleitungen und der Wärmetauscher nicht zugesetzt werden. Ist z. B. das Grundwasser stark eisenhaltig, kann dies zu einer Verockerung führen. In diesem Fall würde sich der Brunnen mit eisenhaltigem Schlamm zusetzen, verstopfen und für die Wärmepumpe unbrauchbar werden. Sollten hier Zweifel bestehen, sollte das Urteil eines Hydrologen eingeholt werden.
Das Grundwasser wird mithilfe eines Saug- oder Förderbrunnens an die Wärmepumpe herangeführt. Nachdem ihm dort die Wärme entzogen wurde, wird es über einen Schluckbrunnen in das Grundwasserreservoir zurückgeführt.

Nutzung von Oberflächenwasser (Gewässer und Abwasser)

Bei diesem Wärmepumpentyp ist mit Oberflächenwasser das Wasser aus Seen, Bächen oder Flüssen, in selteneren Fällen auch der Kanalisation (Abwasserwärmerückgewinnung/AWRG) gemeint. Bei Wärmepumpen, die die thermische Energie des Abwassers nutzen, wird das Oberflächenwasser direkt über den Verdampfer geleitet, bei den anderen genannten Quellen wird es mithilfe einer Pumpe dem Verdampfer zugeführt. Da bei dieser Variante die Gefahr von verschmutztem Wasser größer ist, sollte die Wasserqualität regelmäßig überprüft werden.
Die Arbeitsweise bei der AWRG und deren Voraussetzungen unterscheiden sich je nach Anlagenhersteller. Derzeit geht man jedoch davon aus, dass das Abwasser zwischen 10 °C und 20° C warm sein muss, um für eine Wärmepumpe nutzbar gemacht werden zu können. Es wäre optimal, wenn sich die zu versorgenden Gebäude in der Nähe von Kläranlagen oder größeren Abwasserkanälen befinden. Das Prinzip der AWRG ist aktuell nur für einen sehr hohen Wärmebedarf, d. h. für Wohnanlagen oder größere Firmengebäude sinnvoll und wirtschaftlich nutzbar. Je nach Hersteller liegt die Mindestzahl für den Betrieb einer AWRG bei 20 bis 30 Wohneinheiten oder 150 kW Heizleistung. Der günstigste Zeitpunkt für den Einbau einer AWRG-Anlage ist, wenn ein Abwasserkanal neu gebaut oder saniert werden soll. Dann lässt sich ohne größeren Aufwand ein Wärmetauscher kostengünstig installieren. Die Einbaukosten einer AWRG-Anlage können nur im Einzelfall berechnet werden und hängen im Wesentlichen von der Breite der einzelnen Wärmetauscher-Elemente ab.

Genehmigung von Wasserwärmepumpen

Soll Grundwasser oder Oberflächenwasser als Energiequelle genutzt werden, ist eine behördliche Genehmigung erforderlich. Grund- und Quellwasser gelten grundsätzlich als Gemeingut und können selbst dann nicht beliebig verwendet werden, wenn ihr Ursprung auf dem eigenen privaten Grundstück liegt. Hier gilt für alle Bundesländer das Wasserhaushaltsgesetz, in manchen Fällen auch das Bundesbergbaugesetz. Diese Gesetze werden durch Landesgesetze oder –verordnungen näher ausgestaltet, sodass keine allgemeingültige Aussage darüber getroffen werden kann, in welchen konkreten Fällen und in welchem Umfang Genehmigungen eingeholt werden müssen.

Ohne eine behördliche Genehmigung ist ihr Bau nicht möglich. Grund- und Quellwasser gelten grundsätzlich als Gemeingut und können auch dann nicht beliebig verwendet werden, wenn ihr Ursprung auf dem eigenen, privaten Grundstück liegt. Hier gilt für alle Bundesländer das Wasserhaushaltsgesetz, in manchen Fällen auch das Bundesbergbaugesetz. Diese Gesetze werden durch Landesgesetze oder –verordnungen näher ausgestaltet, sodass hier keine allgemeingültige Aussage darüber getroffen werden kann, in welchen konkreten Fällen und in welchem Umfang Genehmigungen eingeholt werden müssen.

Alternative Energiequelle für Wärmepumpen: Der Solar-Eisspeicher

Der Solar-Eisspeicher, der bislang noch selten verbaut wird, besteht einerseits aus einer in vier Metern Tiefe im Erdboden versenkten Betonzisterne, die mit Wasser befüllt wird. In dieser Tiefe behält das Wasser eine konstante Temperatur von 4° C bei und setzt in diesem Zustand die sog. Kristallisationswärme frei. Dieses Prinzip macht sich der Solar-Eisspeicher zunutze: In der Betonzisterne befinden sich mit einer frostsicheren Flüssigkeit befüllte Rohrleitungen, die dem Wasser diese Wärme entziehen. Das Wärmereservoir dieses Eisspeichers wird durch den Erdboden sowie durch eine Solarthermie-Anlage immer wieder aufgefüllt. So arbeitet das System auch dann, wenn die Wassertemperatur unter den Gefrierpunkt sinken sollte. Neben der Beheizung eines Gebäudes und der Erzeugung von Warmwasser kann mit dem Solar-Eisspeicher im Sommer auch gekühlt werden. Dazu kann die Wärme, die innerhalb des Gebäudes entstanden ist, im Speicher gelagert und später zum Heizen genutzt werden.

 

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