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Wartung & Inspektion der Wasser Wasser Wärmepumpe

Quelle: https://www.waermepumpen.info/betrieb/wartung mit unseren Ergänzungen zum Thema Brunnen

Verglichen mit Öl- oder Gasheizungen sind normale Wärmepumpen wartungsarm. Gänzlich wartungsfrei sind sie jedoch nicht. Filter und andere Verschleißteile weisen eine begrenzte Lebensdauer auf, vor allem der Förderbrunnen und der Schluckbrunnen benötigen regelmäßiger Überwachung und Wartung. Für einige Wärmetauscher Modelle ist darüber hinaus eine regelmäßige Kontrolle des Kältemittelkreislaufs vorgeschrieben.

Welche Wartungsintervalle sind empfehlenswert?

Hier empfiehlt es sich, den Vorgaben des Herstellers zu folgen, wenngleich diese nicht verbindlich sind. Für die Mehrzahl der Wärmetauscher Heizungsgeräte raten die Hersteller, Inspektionen und Wartungen alle zwei Jahre durchführen zu lassen. Vorgeschrieben ist allerdings eine jährliche Prüfung des Kältemittelkreislaufs auf undichte Stellen, sofern die Wärmepumpe mehr als drei Kilogramm Kühlmittel enthält.

Für die Förderbrunnen und der Schluckbrunnen gelten dieselben Wartungsintervalle. Dabei muss erwähnt werden, dass gerade die Heizungsbauer und Installateure die erforderlichen Maßnahmen am Brunnen nicht durchführen weil sie davon keine Ahnung haben. Dies wird dem Kunden in der Regel aber nicht kommuniziert. Der Brunnenbauer wird sich auch nicht darum kümmern weil er damit kein Geld verdient. Er bohrt ihnen aber gern nach 5 bis 10 Jahren einen neuen Brunnen. Hier sollten Sie sich an einen Brunnen Service Fachbetrieb wenden welcher davon lebt Ihren Brunnen längst möglich, wirtschaftlich zu betreiben.

Warum sollten freiwillige Wartungen durchgeführt werden?

Im Grunde könnte man hier all die hinlänglich bekannten Gründe aufführen, warum bei einem Auto nicht nur die gesetzlich vorgeschriebenen Hauptuntersuchungen durchgeführt werden sollten, sondern auch die vom Hersteller vorgegebenen Inspektionen. Wartungen dienen nicht nur dazu, die Funktionssicherheit der Wärmepumpe und der Brunnen zu gewährleisten. Sie dienen auch dazu, die Energieeffizienz sicherzustellen. So sind beispielsweise viele Ursachen denkbar, die den Stromverbrauch unnötig steigern. Dazu zählen verschmutzte Filter ebenso wie Luft in Flüssigkeitskreisläufen, Brunnenalterung, also der Verschleiß der Brunnen sowie der Unterwasserpumpe. Manchmal steigt der Stromverbrauch auch durch suboptimale Einstellungen der Reglung. Eine unnötige Erhöhung der Temperatur des Heizwassers oder des Brauchwassers um nur wenige Grad kann zu einem deutlich erhöhten Stromverbrauch führen.

Geringe Wartungskosten

Der relativ geringe Wartungsaufwand für Wärmepumpen schlägt sich natürlich auch in niedrigen Wartungskosten nieder. Meist belaufen sich die jährlichen Wartungskosten für die Heizungsanlage auf weniger als 100 Euro pro Jahr. Die Wartung der Brunnen kann je nach Anlage, Wasserchemie aufwendiger sein.

Wartungsfrei?

Wasser-Wasser-Wärmepumpen benötigen zwingend eine Wartung.. Denn Erd- und Wasserwärmesonden stellen eine erhebliche Investition dar, weswegen die laufenden Kosten für den Werterhalt gut investiert sind.

Allgemeine Wartungsaufgaben

Bestandteil jeder Wartung ist zunächst die Prüfung der elektrischen Installation. Diese unterscheidet sich nicht von der für andere elektrische Installationen üblichen Prüfung, sie weist also keine wärmepumpen-spezifischen Besonderheiten auf. Im Vordergrund steht die Sicherheit. Geprüft werden also beispielsweise die Erdung (Schutzleiter) sowie alle Stecker und Kontakte. Daneben gehört auch die Überprüfung der Sicherheitsventile zu den Standardaufgaben einer Wartung, da auch diese für den sicheren Betrieb der Anlage unerlässlich sind. Selbstverständlich wird auch eine Sichtprüfung der gesamten Wärmepumpe vorgenommen, um beispielsweise Lecks in wasserführenden Leitungen zu erkennen. Eine weitere gemeinsame Komponente aller Wärmepumpen ist der Wasserfilter im Heizkreislauf, der ebenfalls geprüft und gereinigt wird.

Wartung einer Sole-Wasser-Wärmepumpe

Hier liegt die Besonderheit im Kreislauf, in dem die Sole durch das Erdreich zirkuliert, um diesem Wärme zu entziehen. Zunächst ist die chemische Zusammensetzung der Sole zu kontrollieren, damit zum Beispiel der Frostschutz gewährleistet ist. Daneben verfügt auch dieser Kreislauf über einen Filter, der geprüft und gereinigt werden muss. Zu prüfen ist ebenfalls der Druck im Solekreislauf. Falls erforderlich wird dabei Sole nachgefüllt. Größere Fehlmengen sind ein Hinweis auf ein Leck, was eine recht aufwändige Suche nach sich ziehen kann. Der Teil der Sole-Leitungen, der innerhalb des Hauses verläuft, wird darüber hinaus auf Kondenswasser geprüft. Kondenswasser auf den Rohren deutet auf eine mangelhafte Wärmeisolierung hin.

Wartung einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe

Hier liegt der Schwerpunkt klar auf den Brunnen, durch die das Grundwasser hochgepumpt und anschließend ins Grundwasserreservoir zurückgeführt wird. Sämtliche Pumpen, Ventile und Filter werden im Rahmen der Inspektion geprüft. Zu beachten ist auch, dass Brunnen einer natürlichen Alterung unterliegen. Diese hängt primär mit der Ablagerung von Verunreinigungen des Wassers oder von chemischen Reaktionsprodukten zusammen. Daher gehört auch eine Sichtprüfung der Brunnen zur Inspektion einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe.

Ein Brunnen ist eine komplexe Maschine sowie technisch aufwendiges Bauwerk und muss ebenso regelmäßig gewartet werden, wenn die Funktionssicherheit gewährleistet werden soll. Wenn ein Brunnen nicht kontinuierlich Überwacht wird, können Leistungsminderungen, anfänglich unbemerkt zunehmen und bis zum Totalausfall des Brunnen führen. Die Leistungsminderung wird meistens durch eine Abnahme der Fördermenge und des Wasserdruckes registriert. Auch Sandführung, Verfärbungen oder Veränderung der Wasserchemie werden dann vom Betreiber festgestellt. Wenn dann auch noch Wartungsfehler wie z.B. einfaches tiefer hängen der Unterwasserpumpe oder schlimmsten Falls der Einbau einer noch stärkeren Pumpe erfolgen, durch nicht Erkennen des Problems Brunnenalterung, ist der Totalausfall vorprogrammiert. Oft werden einfach defekte Brunnenpumpen ausgetauscht ohne der Ursache für den Ausfall auf den Grund zu gehen. Der Verschleiß der Pumpe wird meistens durch Ursachen aus dem Brunnen selbst verursacht. Wenn eine Pumpe im Brunnen getauscht wird, sollte immer die Gelegenheit genutzt werden um mit einer Brunnenkamera den Brunnen in Augenschein zu nehmen. Dann wird die Ursache für die defekte Pumpe und oder die Leistungsabnahme schnell erkannt: Brunnenalterung!

Die Alterung von Brunnen ist die mit dem Betriebsalter zunehmende Leistungsminderung. Diese wird überwiegend hervorgerufen durch verstopfende Ablagerungen wie z.B. Verockerungen oder Versinterungen in den Brunnenrohren, Filterschlitzen und Kiesfiltern sowie im angrenzenden Locker- oder Festgestein. Bei der so genannten Verockerung werden infolge biologisch induzierter & chemischer Prozesse, Ausfällungen als Eisen- und Manganoxide gebildet, die die Filterstrecken der Brunnen dauerhaft verschließen können. Je länger die anfänglichen weichen Ablagerungen im Brunnen verbleiben, werden daraus steinähnliche Inkrustierungen (z.B.Geotit) welche sich mechanisch nicht mehr und chemisch nur noch bedingt gelöst werden können. Die Ausfällungen entstehen z.B. wenn reduzierte, eisen- oder manganreiche Tiefenwässer mit sauerstoffreichen Oberflächenwässern zusammentreffen. Die Versinterung kommt vor allem in Brunnen vor, die kalkhaltige Grundwasserleiter erschließen. Außer diesen Belagbildungen gibt es noch Versandungen, Verschleimungen und Aluminiumausfällungen. Verkeimungen können ebenfalls auftreten.

Auch die Pumpe und die Steigleitung ist betroffen, der Einlauf der Pumpe verstopft, die Ablagerungen am Motor verschlechtern die dessen Kühlung, die Laufräder in der Pumpenhydraulik verschleißen sowie deren Lagerung und die Steigleitung wächst von innen zu.

Niedrige Wartungskosten

Die Wartungskosten für Wärmepumpen sind deutlich niedriger als die Wartungskosten für konventionelle Heizungen. Einige Modelle sind theoretisch sogar wartungsfrei, da sie innerhalb ihrer Lebensdauer keinen unvermeidlichen Verschleiß aufweisen. Dennoch ist eine regelmäßige Inspektion empfehlenswert, um den Werterhalt und einen geringen Stromverbrauch zu garantieren.

Jahresarbeitszahl

Bei der Entscheidung für eine Wärmepumpe müssen interessierte Eigentümer oder Bauherrn in erster Linie auch die Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe betrachten. Das geschieht unabhängig von der Diskussion um Umweltschutz und die Nutzung erneuerbarer Energien. Nur dann, wenn der Einbau einer Wärmepumpe eine Wirtschaftlichkeitsanalyse besteht, kann man guten Gewissens dazu raten.

Kennwerte für die Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe

Wie aber soll ein Laie die Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe bewerten können? Nun, dazu muss man die Kennwerte beurteilen können, die oft für einen Vergleich herangezogen werden. Dies ist zum einen die Leistungszahl. Diese sagt aus, wie viel Strom eine Wärmepumpe benötigt, um damit eine bestimmte Menge Wärme zu produzieren. (Bei einer Leistungszahl von vier benötigt die Wärmepumpe eine Kilowattstunde Strom, um 4 Kilowattstunden Wärme zu produzieren.) Diese ist aber nur eine Momentaufnahme, ähnlich wie bei dem COP (Coefficient of Performance), der lediglich bei der benötigten Fremdenergie noch die Nebenaggregate mit einberechnet.

Jahresarbeitszahl

Die Jahresarbeitszahl (JAZ) stellt das Verhältnis aus benötigter Energie (Strom für Kompressor, Ventilatoren, Grundwasserpumpen etc.) und nutzbarer Heizwärme dar. Die JAZ berücksichtigt die Werte über einen Zeitraum von einem Jahr. Häufig wird pauschal gefordert, dass die JAZ mindestens bei vier liegen sollte. Allerdings zeigen Wirtschaftlichkeitsanalysen, dass dies sehr von dem Wärmepumpentyp abhängt. Sole-Wasser-Wärmepumpen und Wasser-Wasser-Wärmepumpen können aufgrund ihrer Bauart ganz andere Jahresarbeitszahlen erreichen als eine Luft-Wasser- oder Luft-Luft-Wärmepumpe. Andererseits sind Luftwärmepumpen deutlich preiswerter in der Anschaffung und daher auch bei niedrigeren JAZ schon wirtschaftlich.

Wie wird die JAZ berechnet?

Es gibt ganz verschiedene Methoden, die Jahresarbeitszahl zu berechnen. Eine normierte Berechnungsmethode stellt die VDI-Richtlinie 4650 dar. Auch das Österreichische Institut für Bautechnik hat eine Berechnungsmethode für die JAZ entwickelt (OIB RL6). Natürlich kann jeder die JAZ auch selbst ausrechnen. Darüber hinaus werden verschiedene Rechenmethoden im Internet vorgeschlagen. Hier sind auch JAZ-Rechner vorhanden, die man nur ausfüllen muss, um die Jahresarbeitszahl seiner (schon installierten) Wärmepumpe berechnen zu lassen. Ein Vergleich der Methoden hat gezeigt, dass das VDI-Rechenverfahren relativ genau ist, wenn die Vorlauftemperatur (35 Grad) eingehalten wird. Liegt diese höher oder wird auch Warmwasser beheizt, dann ist die Aussagekraft recht ungenau.

Einflussfaktoren

Die Ungenauigkeiten und Unterschiede zwischen einer prognostizierten Jahresarbeitszahl und tatsächlich erreichbaren JAZ, die in Feldtests untersucht wurden, sind auf die vielen Faktoren zurückzuführen. Der Wirkungsgrad der Anlage hängt zum Beispiel sehr stark vom Nutzerverhalten ab (höherer Wärmebedarf, größerer Warmwasserverbrauch). Auch die klimatischen Bedingungen schwanken so, dass auch die Werte von Jahr zu Jahr schwanken. Ebenso können verstopfte Filter, nicht optimal eingestellte Pumpen und Ähnliches die JAZ negativ beeinflussen.

Fazit

Die Jahresarbeitszahl dient der Bewertung der Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe. Wird sie immer nach der gleichen Methode berechnet, ist sie als Vergleichsmaßstab sehr gut geeignet und lässt grobe Aussagen über den zu erwartenden Energieverbrauch zu. Die JAZ liegt im Alltagsbetrieb meist niedriger als vorhergesagt. Eine optimale Jahresarbeitszahl hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab. Lassen Sie sich hierzu am besten von einem örtlichen Fachbetrieb beraten

 

Optimale Reglung / Einstellung der Wärmepumpe

Ziel der Optimierung ist es, die gewünschte Raumtemperatur mit möglichst geringem Stromverbrauch zu erreichen. Da der Wärmebedarf von der Dämmung des Gebäudes und anderen Faktoren beeinflusst wird, muss die Reglung der Wärmepumpe individuell an jedes Gebäude angepasst werden.

Voraussetzungen für die Optimierung der Wärmepumpe

Der Energiebedarf jeder Heizung hängt von der Vorlauftemperatur ab. Damit ist die Temperatur gemeint, auf die das Heizwasser erwärmt wird. Eine unnötig hohe Vorlauftemperatur bedeutet immer, Energie zu verschwenden. Bei Wärmepumpen wirkt sich die Vorlauftemperatur besonders stark auf den Energiebedarf (Stromverbrauch) aus, weil sie bei höheren Vorlauftemperaturen weniger effizient arbeiten. Es werden also nicht nur mehr Watt an Heizleistung benötigt, sondern zugleich auch mehr Strom pro Watt Heizleistung. Die Vorlauftemperatur ist optimal gewählt, wenn auch der kälteste Raum die gewünschte Raumtemperatur erreicht. Als problematisch erweisen sich in der Praxis oft die Bäder mit den typischen kleinen Heizkörpern, die bei niedrigeren Vorlauftemperaturen den Raum nicht mehr genügend aufheizen können. In gewissem Umfang kann dies im Rahmen des hydraulischen Abgleichs kompensiert werden, indem für diesen Heizkörper eine höhere Durchflussrate eingestellt wird. Manchmal erweisen sich Heizkörper aber als zu klein für den effizienten Betrieb einer Wärmepumpe und müssen ausgetauscht werden. Aber auch für die ausreichend dimensionierten Heizkörper muss die Strömungsgeschwindigkeit beim Umstieg auf eine Wärmepumpe neu justiert werden. Die Voraussetzungen für eine erfolgreiche Optimierung der Wärmepumpe sind also ausreichend große Heizkörper und ein hydraulischer Abgleich der Heizungsanlage.

Alles hängt von der Heizkurve ab

Die Heizkurve ist die Kennlinie der Wärmepumpe. Sie beschreibt den Zusammenhang zwischen der Außentemperatur und der Vorlauftemperatur. Die Optimierung der Heizkurve ist ein langwieriger Vorgang. Zunächst ist es erforderlich, das Verhalten bei allen Außentemperaturen zu beobachten, also im Winter und in den Übergangsmonaten. Nachdem das Verhalten bei verschiedenen Außentemperaturen protokolliert wurde, können Korrekturen der Heizkurve vorgenommen werden. Drei denkbare Szenarien sind:

  1. Ist die Raumtemperatur immer zu niedrig, sollte die komplette Heizkurve nach oben verschoben werden.
  2. Ist die Raumtemperatur nur in den kalten Wintermonaten zu niedrig, sollte die Steilheit der Heizkurve im Bereich der niedrigen Temperaturen erhöht werden.
  3. Ist die Raumtemperatur nur in den Übergangsmonaten zu niedrig, sollte die Heizkurve nach oben verschoben werden, wobei gleichzeitig die Steilheit bei niedrigen Temperaturen verringert wird.

Im Fall zu hoher Raumtemperaturen empfiehlt sich das gleiche Vorgehen, wobei die Korrekturen natürlich in die Gegenrichtung vorzunehmen sind.

Praktische Hinweise

In der Praxis ist die Optimierung der Heizkurve leider nicht so einfach wie in der Theorie. Letztlich gilt hier das Prinzip „Trial and Error“, man nähert sich der optimalen Einstellung also durch schrittweise Korrekturen allmählich an. Insbesondere in gut gedämmten Gebäuden kommt erschwerend hinzu, dass die Raumtemperatur nur langsam auf eine veränderte Reglung der Wärmepumpe reagiert. Die Auswirkung einer veränderten Einstellung kann also erst nach mehreren Tagen beurteilt werden. Außerdem möchte natürlich niemand unter Umständen wochenlang in überheizten Räumen schwitzen, um das Verhalten zu beobachten. Wenn aber die Temperatur mittels des Thermostats am Heizkörper heruntergeregelt wird, funktioniert die Messung nicht mehr. Die (leider nur theoretisch zu erreichende) optimale Einstellung der Wärmepumpe liegt vor, wenn bei voll aufgedrehten Heizkörpern stets die gewünschte Raumtemperatur herrscht. Deswegen sollte für die Beobachtung der veränderten Reglung ein Raum gewählt werden, in dem der Heizkörper während dieser Zeit nicht gedrosselt wird. Ein zweiter Hinweis: Wenn nur einzelne Räume zu kalt bleiben, liegt vermutlich kein Problem mit der Reglung der Wärmepumpe vor, sondern ein fehlerhafter hydraulischer Abgleich.

Fehlererkennung

Damit die Wärmepumpe effizient arbeitet, sollten Hinweise auf eine nicht optimale Einstellung der Reglung beachtet werden. Ein wichtiger Hinweis besteht selbstverständlich darin, dass die gewünschte Raumtemperatur nicht erreicht wird. Aber auch eine zu hohe Raumtemperatur, die durch eine Drosslung des Heizkörpers ständig korrigiert werden muss, deutet auf eine Verschwendung von Strom hin. Und wie für alle Heizungen gilt auch für Wärmepumpen, dass ständige Schaltvorgänge ebenfalls auf Probleme hindeuten.

Wärmepumpen Tests

Es gibt eine große Anzahl verschiedener Wärmepumpen auf dem Markt. Diese Wärmepumpenanlagen unterscheiden sich nicht nur hinsichtlich der Umweltenergie, die sie nutzen, also ob Erdwärme-, Grundwasser- oder Luftwärmepumpe. Sie haben je nach Hersteller und Modell natürlich unterschiedliche Leistungsmerkmale. Außerdem unterscheiden sie sich eben auch hinsichtlich ihrer Qualität und ihres Preis-Leistungs-Verhältnisses.

Entscheidungskriterium: Wärmepumpen Tests

Als hilfreiches Entscheidungskriterium erweisen sich Wärmepumpen Tests, die Verbraucherorganisationen, Fachzeitschriften oder die Stiftung Warentest durchführen.

Test der Stiftung Warentest (06/2007)

Die Stiftung Warentest hat 2007 in einem Wärmepumpen Test zehn verschiedene Modelle unterschiedlicher Hersteller für Einfamilienhäuser überprüft. In die Bewertung gingen mit unterschiedlicher Gewichtung folgende Kriterien ein:

  • Energieeffizienz der Heizung zu 35 %
  • Energieeffizienz und Komfort bei der Warmwasserbereitung zu 30 %
  • Umwelteigenschaften zu 5 %
  • Handhabung zu 25 %
  • Verarbeitung zu 5 %

Für jede Rubrik erhielt jede Wärmepumpe eine (Schul)Note, die dann entsprechend addiert wurde und eine Gesamtnote ergab. Bei dem Wärmepumpen Test erreichte die beste Wärmepumpe die Note 2,1 (Vaillant Geotherm plus VWS 102/2), drei weitere die Note 2,4 (Alpha-Innotec WZS S100H, Stiebel Eltron WPC 10 und Tecalor TTF10 eco), die anderen sechs Modelle erhielten die Note Befriedigend (zwischen 2,6 und 3,1). Wie immer erhielten Interessenten bei diesem Wärmepumpen Test noch weitergehende Tipps hinsichtlich der Effizienz der verschiedenen Ausführungen, der geeigneten Heizkörper, Umweltschutz etc. Die Testergebnisse können unter http://www.test.de/themen/umwelt-energie/test/Waermepumpen-So-koennen-Hausbesitzer-sparen-1538660-1543132/ nachgelesen werden.

Tests des Bundes der Energieverbraucher

In diesem ausführlichen Wärmepumpen Test wird Bezug genommen auf Feldtests, die die Lokale Agenda Gruppe 21 in Lahr zusammen mit der Ortenauer Energieagentur durchgeführt hat beziehungsweise derzeit auch weiter durchführt. In der ersten Phase wurden von 2006 bis 2008 ‚normale‘ Wärmepumpensysteme untersucht. Deutlich wurde bei diesem Wärmepumpen Test, dass von den getesteten 33 Systemen die Erdreich-Wärmepumpen mit Fußbodenheizung die besten Energieeffizienz-Werte erreichten, gefolgt von Grundwasser-Wärmepumpen. Am wenigsten effizient zeigten sich Luftwärmepumpen. Im Preis-Klima-Verhältnis erreichten Erdwärmepumpen die besten Werte. Inzwischen läuft die zweite Phase des Wärmepumpen Tests, der noch bis 2012 fortgeführt wird. Zwischenberichte zeigen deutliche Effizienzsteigerungen gegenüber älteren Geräten. So kommen jetzt auch Wasser-Wasser-Wärmepumpen auf ordentliche Jahresarbeitszahlen. Luft-Wasser-Wärmepumpen sind aber immer noch nicht so effizient wie andere Bauarten

Fazit

Bei der Betrachtung der unterschiedlichen Tests wird klar, dass die Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpen stark vom gewählten System abhängt. Moderne Wärmepumpen, die die Erdwärme über Erdsonden nutzen, sind besonders umweltfreundlich, aber auch Wärmepumpen, die über Brunnen die Wärme des Grundwassers nutzen, sind energieeffizient. Von Umweltaspekten her erfüllen die Luftwärmepumpen oftmals noch nicht die Anforderungen an die Energieeffizienz. Wenn die Gesamtwirtschaftlichkeit herangezogen wird, gelten diese Aussagen so aber nicht mehr uneingeschränkt, denn dann wirken sich auch die niedrigeren Anschaffungspreise für Luftwärmepumpen positiv aus.

Tipp: Effizienz steigern

Alle Wärmepumpen Tests weisen darauf hin, dass es für die Effizienz der gesamten Anlage entscheidend ist, welche Heizkörper genutzt werden. Besonders gute Werte können nur mit einer Fußboden- oder einer Flächenheizung erreicht werden, weil diese mit sehr niedrigen Vorlauftemperaturen auskommen. Wer sich zusätzlich bei der konkreten Auswahl an den Geräten mit guten Werten des Wärmepumpen Tests hinsichtlich der Verarbeitung und Handhabung orientiert, sollte so die passende Wärmepumpe finden. Installateure aus der Umgebung können über die Fachbetriebssuche gefunden werden.

Grundlagen

Grundwasser Wärmepumpe (Wasser Wasser Wärmepumpe)

Eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe benutzt die im Grundwasser enthaltene Wärme, um damit zu heizen. Da Grundwasser im Jahresverlauf eine konstant hohe Temperatur aufweist, ist es als Wärmequelle hervorragend geeignet.

Funktionsweise

Bei einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe wird zunächst ein sogenannter Förderbrunnen gebohrt. Die Tiefe der Bohrung richtet sich nach der Höhe des Grundwasserspiegels und der Wasserdurchlässigkeit des Gebirges. Es muss also ausreichend Wasserandrang vorhanden sein um die benötigten Wassermengen zuverlässig, dauerhaft und zuverlässig in ausreichender Wasserqualität zu fördern. Aus diesem Förderbrunnen wird das Grundwasser nach oben gepumpt und durch Rohre zur eigentlichen Wärmepumpe geleitet. Hier wird dem Grundwasser, welches durch einen Wärmetauschelement läuft, durch ein Kältemittel, das einen sehr niedrigen Siedepunkt aufweist, die Wärme entzogen. Das Kältemittel wird verdichtet und gasförmig zu einem Wärmetauscher geführt. Im Wärmetauscher wird die Wärme wiederum an das Heizungswasser weitergegeben. Das Grundwasser wird durch den Wärmeentzug durchschnittlich um rund fünf Grad kälter. Das kalte Grundwasser wird sodann über Rohre in den zweiten Brunnen zurückgeleitet. Es gibt auch ein Brunnen Anlagen. Dabei wird das Wasser entweder in die Vorflut geleitet oder im Brunnen selbst in einer anderen Höhe wieder infiltriert. Wasserschutzvorschriften verlangen normalerweise, dass es in die gleiche Tiefe gepumpt wird, aus der es entnommen wurde. Der zweite Brunnen heißt bezeichnenderweise Schluckbrunnen und nimmt das abgekühlte Wasser auf.

Voraussetzungen und Planung

Bei der Nutzung des Grundwassers als Wärmequelle müssen die gesetzlichen Vorschriften des Gewässerschutzes unbedingt beachtet werden. Eine Genehmigung muss grundsätzlich eingeholt werden. Bei der Planung der Anlage muss ein Mindestabstand zwischen den beiden Brunnen eingeplant werden. Die Brunnen müssen hydraulisch geplant werden und durch Pumpversuch, ggf. in einem Pilotbrunnen, die ausreichende Ergiebigkeit, also geforderte Leistungsfähigkeit nachweisen. Die leider immer wieder zu findenden Pauschalwerte für Brunnenabstände und Bohrtiefen sind eine fachliche Falschinformation die sogar in professionellen Medien vorkommen. Auch Pauschalaussagen von Heizungsfirmen und Bohrfirmen stellen ein großes Problem dar, wenn vor der Ausführung der Bohrarbeiten nicht eine solide, fundierte und belastbare Bedarfsanalyse des Heizsystems sowie der geologischen und hydrologischen Voraussetzungen des geplanten Brunnenstandortes erstellt wird. Lassen Sie sich nicht mit der Aussage Abspeisen, man kenne sich vor Ort aus, man habe in der Nachbarschaft schon Brunnen gebohrt, dies mag stimmen, aber jeder Brunnen ist individuell zu Planen und die Leistungsfähigkeit nachzuweisen. Geologische Gegebenheiten können sich auf kürzester Entfernungen ändern und das Vorhandensein von ausreichendem Grundwasser in der benötigten Qualität in Frage stellen. Fehlplanungen und Fehlbemessungen lassen sich nach Erstellung der Wasser Wasser Anlagen in der Regel nicht mehr beheben und können den Betreiber viel Geld kosten. Im schlimmsten Fall funktioniert eine falsch ausgeführte Wasser Wasser Anlage gar nicht und der Kunde bekommt eventuell sein Geld vom Anlagenersteller nicht zurück (Bauherrenhaftung). Diese Probleme umgeht man am besten indem ein unabhängiger Fachplaner eingeschaltet wird, welcher die Angaben der Heizungsfirma und Bohrfirma kritisch hinterfragt und vor allem die Bauarbeiten überwacht. Natürlich kostet diese Überwachung Geld, aber sie ist die einzige Möglichkeit sich vor Pfusch am Bau zu Schützen. Wer hier spart zahlt später garantiert drauf und die Anlage wird sich mit großer Wahrscheinlichkeit nicht amortisieren. Bezüglich den Amortisierung sei noch gesagt, dass nicht nur die Erstellungskosten und Stromkosten in die Rechnung einfließen müssen sondern vor allem die regelmäßige Wartung, Leistungsüberprüfung, Regenerierung der Brunnen und der Unterwassermotorpumpe. Dies wird von den Verkäufern der Anlage gern verschwiegen, manchmal sogar aus Unwissenheit, aber die Wartungskosten für die Brunnen verlängern oft die Amortisierungszeiten und das lässt sich halt schlecht verkaufen.

Ansonsten benötigen die Pumpen zu viel Energie oder es muss noch zu geheizt werden. Zudem muss das Grundwasser eine bestimmte Qualität aufweisen. Enthält das Grundwasser am geplanten Standort viel oder zu viel Mangan oder Eisen, muss der Brunnen häufig gereinigt, regeneriert werden, welches zu hohen Betriebskosten führt und zusätzlich die Pumpe schneller verschleißen lässt. Oder die Wärmepumpe nicht betrieben werden kann. Es käme zu der sogenannten Verockerung, bei der sich Oxide in den beiden Brunnen ablagern. Auch der Wärmetauscher könnte durch die Ablagerungen nicht mehr richtig funktionieren. Das Grundwasser sollte also vorher eingehend analysiert werden.

Vor- und Nachteile

Der Aufwand für eine Wasser-Wasser Wärmepumpe ist relativ groß. Die beiden Brunnenbohrungen verursachen vergleichsweise hohe Kosten. Außerdem ist eine zusätzliche Pumpe für das Grundwasser notwendig. Durch den Stromverbrauch dieser Pumpe kann sich die Effizienz der gesamten Anlage verschlechtern. Andererseits brauchen Wasser-Wasser Wärmepumpen vergleichsweise wenig Platz auf dem Grundstück. Auch ist die Wirtschaftlichkeit bei einer hohen Grundwassertemperatur hoch. Des Weiteren können Wasser-Wasser-Wärmepumpen wegen der konstanten Temperatur des Grundwassers gut ausgelegt und exakt berechnet werden. Ein großer Vorteil ist auch die Möglichkeit, die Wärmepumpe im Sommer zum Kühlen zu nutzen. Zudem sind Wärmepumpenanlagen die Grundwasser nutzen, ideal für den sogenannten monovalenten Betrieb. Das bedeutet, dass nur mit der Wärmepumpe geheizt wird und keine klassische Heizung zusätzlich betrieben wird.

Fazit

Wasser-Wasser-Wärmepumpen nutzen als Wärmequelle Grundwasser. Die Voraussetzungen für die Installation und den Betrieb sind relativ komplex. Neben der Erlaubnis der Behörden müssen der Grundwasserspiegel und die Wasserqualität stimmen. Aufgrund der konstanten Grundwassertemperatur erreichen sie bei der Jahresarbeitszahl (JAZ) gute Werte. Ein weiterer Vorteil ist die ganzjährige Nutzbarkeit, also auch zur Kühlung im Sommer.

Kosten und Preise für Wasser-Wasser Wärmepumpen

Um das Grundwasser als Wärmequelle zu nutzen ist zunächst eine Wasseranalyse sinnvoll. Hiermit kann die Qualität, sowie die zur Verfügung stehende Wassermenge analysiert werden. Sind die Voraussetzungen für die Nutzung einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe gegeben und damit ein wirtschaftlicher Betrieb garantiert, setzen sich die Kosten für ein solches Heizsystem aus unterschiedlichen Komponenten zusammen.

Anschaffungs- und Erschließungskosten

Neben der Anschaffung der Wärmepumpe für Heizung und Brauchwasser, die mit etwa 8.000 Euro zu Buche schlägt, sind die Erschließungskosten der größte Kostenfaktor bei der Installation der Wasser-Wasser-Wärmepumpe. Für den Betrieb des Heizsystems ist das Bohren von zwei Brunnen erforderlich. Zum einen der Förderbrunnen, um das Grundwasser zum Wärmetauscher zu befördern und zum anderen der Schluckbrunnen, um das abgekühlte Wasser wieder dem Grundwasserfluss zuzuführen. Für die gesamte Brunnenanlage mit zwei Brunnen fallenbei Flachbrunnen in gut durchlässigem Lockergesteinsgebirge etwa 7.000 bis 15.000 Euro an. Bei Felsgesteinsbrunnen kann es auch teurer werden. Bereits vorhandene Brunnen senken den Preis entsprechend. Die Einbaukosten für die Wasser-Wasser-Wärmepumpe werden, je nach Anbieter, mit etwa 2.000 bis 3.000 Euro veranschlagt. Hinzu kommen Kosten für Rohrleitungen, Schläuche und weitere Zubehörteile. Wenn die Wärmepumpe nicht nur zur Wärmegewinnung für Brauwasser und Heizung eingesetzt werden soll, besteht die Möglichkeit, weitere Zusatzbauteile zu installieren. So lässt sich die Wasser-Wasser Wärmepumpe um die Funktionen „Kühlen“ und/oder „Lüften“ ergänzen, was jeweils einen Aufpreis von etwa 4.000 bis 5.000 Euro ausmacht.

Der unabhängige Planer wird etwa 20 % der Herstellungskosten der Anlage kosten. Bei der Höhe der Baukosten sind diese Kosten aber die bester Versicherung um ein langlebiges, effizientes, Bauwerk zu erhalten.

Betriebskosten

Für den Betrieb der Grundwasser basierenden Wärmepumpe fallen neben den Anschaffungskosten die laufenden Betriebskosten an. Diese sind jedoch relativ gering, da lediglich die Stromkosten für den Betrieb der Pumpe anfallen. Je nach Tarif muss mit etwa 350 bis 400 Euro Stromkosten im Jahr gerechnet werden. Allerdings kann wie schon erwähnt die regelmäßige Wartung der Brunnenanlage mehr Geld kosten. Wenn der Brunnenbetreiber kontinuierliches Brunnenmonitoring betreibt, soll heißen die regelmäßige Erfassung der Betriebsparameter wie Ruhewasserspiegel, Betriebswasserspiegel, Fördermenge und Stromaufnahme des Unterwassermotors, kann eintretender Leistungsverlust schnell erkannt werden und eine rechtzeitige Instandhaltung erfolgen. Nach 10 % Leistungsverlust soll ein Brunnen regeneriert werden. Die Kosten für eine Brunnenregenerierung werden bei Kleinbrunnen 2.000 bis 5.000 Euro betragen. Eine Brunnenanlage ist eine Fördermaschine welche eine regelmäßige Überwachung und Wartung benötigt. Vergleichen Sie ihren Brunnen einfach mit einem Auto. Ohne Wartung und Inspektion wird das Fahrzeug nicht lange laufen.

Mitunter kann die Anschaffung eines separaten Stromzählers für die Wärmepumpe sinnvoll sein, da für den Wärmepumpenstrom oft spezielle Tarife angeboten werden. Ein Zähler kann entweder zu geringen Grundgebühren gemietet oder für 750 bis 1.500 Euro käuflich erworben werden. In Verbindung mit Niedertemperatursystemen (Wand- oder Fußbodenheizung) mit einer geringen Vorlauftemperatur arbeitet das System am energetischsten. Generell gilt pro 1 Grad höhere Vorlauftemperatur erhöhen sich die Betriebskosten um etwa 2,5 %.

Förderbrunnen und Schluckbrunnen

Wasser-Wasser-Wärmepumpen sind besonders effektiv. Sie nutzen als Wärmereservoir das Grundwasser, das ganzjährig eine nahezu konstante Temperatur aufweist. Dies ist ihr großer Vorteil gegenüber Wärmepumpen, die ihre Wärme aus der Umgebungsluft beziehen. Nachteilig wirkt sich allerdings aus, dass das Grundwasser als Wärmequelle nicht so einfach zugänglich ist wie die Umgebungsluft. Dazu werden Brunnen benötigt, die zusätzliche Kosten verursachen und darüber hinaus eine behördliche Genehmigung erfordern.

Föderbrunnen und Schluckbrunnen

Das Grundprinzip ist denkbar einfach: Durch den Förderbrunnen oder auch Saugbrunnen genannt, wird das Grundwasserreservoir angezapft und das Wasser zur Wärmepumpe befördert. Diese entzieht dem Wasser Wärmeenergie, anschließend läuft das Wasser über den Schluckbrunnen oder auch Sickerbrunnen genannt zurück ins Reservoir. Dabei muss die Fließrichtung des Grundwassers beachtet werden. Der Förderbrunnen muss in Fließrichtung vor dem Schluckbrunnen liegen, damit er nicht das abgekühlte Wasser zur Wärmepumpe befördert. In Einzelfällen kann es möglich sein, auf den Schluckbrunnen zu verzichten. Das ist dann der Fall, wenn das Wasser in einen nahe gelegenen natürlichen Wasserlauf zurückgeführt werden kann. Dieses Vorgehen bedarf aber einer gesonderten Genehmigung.

Wasserrechtliche Genehmigung

Die Brunnenbohrungen dürfen erst nach einer behördlichen Genehmigung erfolgen – genau genommen sind es sogar zwei Genehmigungen. Die erste wird bei der regional zuständigen Wasserbehörde beantragt. Dort wird unter anderem geprüft, ob der vorgesehene Ort der Bohrungen in einem Trinkwasserschutzgebiet oder gar in einem Heilquellenschutzgebiet liegt. Wenn dies der Fall ist, wird eine Genehmigung allenfalls unter sehr strengen Auflagen erteilt. Die zweite Genehmigung erteilt das zuständige Landesamt für Bergbau. Diese ist allerdings im Normalfall eine reine Formsache. Laut Bergbaugesetz handelt es sich bei Erdwärme um einen Bodenschatz, der nicht dem Besitzer des Grundstücks gehört. Es ist allerdings auch festgelegt, dass es zulässig ist, Erdwärme zu gewinnen. Daher gibt es kaum Gründe, warum die Bergbaubehörde die Genehmigung verweigern könnte.

Nicht überall möglich

Es kann aber Gründe geben, warum der Betrieb einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe nicht möglich ist. Manchmal liegt der Grundwasserspiegel einfach zu tief oder der Wasserandrang zu gering, um einen wirtschaftlichen Betrieb der Wärmepumpe zu erlauben. In manchen Regionen ist auch die Wasserqualität zu schlecht, beispielsweise infolge intensiver Düngung landwirtschaftlicher Flächen oder im Grundwasser natürlich gelöstes Eisen und Mangan. Die Chemikalien im Wasser würden dort die Filterschlitze und Filterkiese im Brunnen verstopfen sowie die Pumpe beschädigen.

Vor- und Nachteile der Wasser-Wasser-Wärmepumpe

Verglichen mit einer Luftwärmepumpe weist die Wasser-Wasser-Wärmepumpe zwei wirklich bedeutende Vorteile auf: Ihr Wirkungsgrad ist deutlich höher, wodurch der Stromverbrauch signifikant reduziert wird. Außerdem nutzt sie ein zuverlässiges Wärmereservoir, weswegen sie als alleinige Heizung fungieren kann. Das kann eine Luftwärmepumpe nicht leisten. Die Außenluft liefert genau dann die wenigste Wärme, wenn die meiste Wärme benötigt wird. Im Vergleich zur Geothermie überzeugt die Wasser-Wasser-Wärmepumpe durch niedrige Kosten. Für geothermische Sonden sind deutlich tiefere Bohrungen erforderlich. Der größte Nachteil liegt in der Vereisungsgefahr, falls die automatische Strömungsüberwachung im Winter einmal versagen sollte. Ein zweiter Nachteil besteht in der beschränkten Funktionsdauer der Brunnen. Bei professioneller Ausführung können die Brunnen mehrere Jahrzehnte lang ihren Dienst tun, aber irgendwann sind auch dann neue Bohrungen erforderlich.

Mehr Aufwand, mehr Nutzen

Im Vergleich zu den deutlich stärker nachgefragten Luftwärmepumpen ist die Wasser-Wasser-Wärmepumpe als Heizung sowohl effektiver als auch zuverlässiger. Die erforderlichen Brunnen verursachen allerdings bürokratischen Aufwand und selbstverständlich auch Kosten. Eine weitere Einschränkung besteht darin, dass Wasser-Wasser-Wärmepumpen nicht überall betrieben werden können.

 

Dipl.-Ing. (FH) Martin Knobbe
BPK Brunnen- und Pumpen Service
Schalker Straße 44
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