Wasser als Wärmequelle für Wärmepumpen
Wasser kann als Umweltwärmequelle für Wärmepumpensysteme dienen. Es speichert thermische Energie gut und kann Wärme effizient übertragen. Je nach Gewässertyp können die Quelltemperaturen über das Jahr relativ stabil sein – besonders bei Grundwasser.
Wärmepumpen entziehen verschiedenen Quellen Wärme.
Fakten und Kennwerte zur Einordnung (Referenzwerte)
Diese Werte erklären, warum Wasser oft als „starke“ Wärmequelle beschrieben wird. Es sind Referenzwerte unter definierten Bedingungen:
- Hohe Wärmespeicherung: Die spezifische Wärmekapazität von Wasser liegt bei rund 4,19 kJ/(kg·K) bei 10 °C.
- Gute Wärmeleitung: Die Wärmeleitfähigkeit von Wasser liegt bei etwa 0,6065 W/(m·K) bei 25 °C und 0,1 MPa (Referenzbedingung).
- Beispiel Grundwassertemperaturen (Monitoring Schweiz, 2022): mittlere Stationswerte wurden zwischen 5 und 15 °C berichtet; für das Schweizer Mittelland und die Alpensüdseite werden ca. 10–13 °C genannt (regionale Beispielwerte).
- Grundwasser kann sich verändern: Eine Studie mit 227 Brunnen berichtet im Mittel +0,7 ± 0,8 K Veränderung von 1994 bis 2013, mit starken lokalen Unterschieden.
- Gängige Prüfpunkt-Notation: W10/W35 bezeichnet eine definierte Prüf-/Bewertungsbedingung (Quellseite Wasser 10 °C; Heizseite 35 °C). Diese Notation wird im Kontext von Prüfbedingungen nach EN 14511 verwendet.
Was bedeutet „Wasser als Wärmequelle“?
„Wasser als Wärmequelle“ bedeutet: Die Wärmepumpe nutzt thermische Energie, die in einem Gewässer außerhalb des Gebäudes gespeichert ist. Die Wärmepumpe erzeugt diese Wärme nicht, sondern nimmt vorhandene Wärme über eine Wärmeaustausch-Schnittstelle auf und hebt sie anschließend auf das Temperaturniveau an, das das Gebäude benötigt.
Das ist:
- ein thermischer Speicher („Reservoir“) außerhalb des Gebäudes
- je nach Gewässertyp eine potenziell relativ stabile Wärmequelle (oft bei Grundwasser)
- immer standortabhängig und an lokale Machbarkeit (Hydrologie, Schutz, Genehmigungen) gebunden
Das ist nicht:
- eine andere Wärmepumpentechnologie
- eine Effizienzgarantie „allein durch die Quelle“ (Temperaturen und Systemkonzept sind entscheidend)
- ein Ersatz für Umweltauflagen und Genehmigungen
Haupttypen von Wasser-Wärmequellen
Wasser-Wärmequellen lassen sich über eine einfache Frage gliedern: Woher kommt die Wärme?
Grundwasser (unterirdisches Wasser)
Grundwasser ist häufig stabiler als Außenluft, weil sich unterirdische Bedingungen langsamer ändern. Die genannten Monitoring- und Studienwerte zeigen aber auch: Temperatur und Entwicklung sind lokal unterschiedlich.
Seen und Flüsse (Oberflächenwasser)
Oberflächenwasser steht stärker im Austausch mit der Atmosphäre und kann daher saisonal deutlich variabler sein. Eine veröffentlichte Auswertung zeigt beispielhafte Spannweiten von etwa 2 bis 27 °C (standort- und klimaabhängig).
Meerwasser (Küstenregionen)
Meerwasser kann genutzt werden, wenn es verfügbar ist. Die Umsetzbarkeit hängt typischerweise von Zugang, Temperaturbedingungen und Umweltanforderungen ab. Am Grundprinzip ändert sich nichts: Das Gewässer ist die Quelle, eine kontrollierte Schnittstelle überträgt Wärme in das System.
Die Schnittstelle zwischen Wasser und Wärmepumpe
Das Gewässer ist die Wärmequelle – die Wärmepumpe braucht jedoch eine technisch kontrollierte Schnittstelle.
Wasserseitiger Wärmeaustausch
Ein Wärmetauscher überträgt Wärme aus dem Umweltwasser in einen Kreislauf, der zur Wärmepumpe führt. Diese Trennung ist wichtig, um den Anlagenbetrieb von Gewässerbedingungen (z. B. Partikel, biologische Einflüsse) abzugrenzen.
Wärmeträger-/Transportkreis
Ein Umlaufkreis transportiert die aufgenommene Wärme zur Wärmepumpe. Auslegung und Regelung richten sich u. a. nach:
- erwarteter Quelltemperatur im Jahresverlauf
- geforderter Temperatur auf der Heizseite
- Wasserqualität und potenzieller Verschmutzung (Fouling)
Eine Wasserwärmepumpe ist eine Art von Wärmepumpe, die Wasser als Wärmequelle nutzt.
Was beeinflusst, wie viel Wärme Wasser liefern kann?
Ob Wasser als Quelle „gut“ funktioniert, hängt weniger vom Schlagwort ab, sondern von konkreten Randbedingungen:
- Temperaturniveau und saisonale Schwankung (Grundwasser oft stabiler, Oberflächenwasser oft variabler)
- Verfügbarkeit/Quellkontinuität (z. B. ausreichender Zufluss bzw. stabile Bedingungen)
- Wasserqualität und Fouling-Neigung (Einfluss auf Wärmetauscherflächen)
- Heizseitiges Temperaturniveau (je höher die erforderliche Vorlauftemperatur, desto größer die Temperaturspreizung/der „Lift“)
- Regeln, Schutzgebiete, Genehmigungen (standortabhängig)
Wann Wasser als Wärmequelle naheliegend ist
Wasser wird typischerweise in Betracht gezogen, wenn:
- ein nutzbares Gewässer in der Nähe vorhanden ist
- die Quelle über die Heizsaison geeignete Temperaturbedingungen bietet
- eine zuverlässige Schnittstelle (Wärmetauscher + Kreislauf) unter lokalen Auflagen machbar ist
- das Gebäude mit passenden Heiztemperaturen betrieben werden kann
Wann eine andere Wärmequelle praktischer sein kann
Eine Alternative ist oft naheliegend, wenn:
- keine geeignete Wasserquelle verfügbar/zugänglich ist
- Randbedingungen die Komplexität stark erhöhen (z. B. starke Schwankung, hohe Fouling-Risiken, Einschränkungen)
- Genehmigungen oder Schutzanforderungen die Umsetzung erschweren
Neben Wasser werden auch Luft und Erde als Wärmequelle in Wärmepumpensystemen genutzt.
