www.erdwaerme-zeitung.de | On 27. März 2014

Wärmequelle Grundwasser / Saug- und Schluckbrunnen

Wärmequelle Grundwasserwasser – Die Wasser/Wasser-Wärmepumpe

Welche Vorteile bietet Grundwasser als Wärmequelle? Wie funktioniert das System Wasser/Wasser-Wärmepumpe? Was kostet eine Brunnenanlage? Kann Grundwasser als Wärmequelle überall genutzt werden? Welche Nachteile hat dieses Wärmepumpensystem?

Hinweis: Das Wissen zum Thema Grundwasser als Wärmequelle ist sehr komplex und füllt bereits viele Lehrbücher. Über die wichtigsten Voraussetzungen, Vor- und Nachteile möchte ich in diesem Artikel hinweisen.

Welche Vorteile bietet die Wärmequelle Grundwasser?

Energetisch gesehen ist Grundwasser als Wärmequelle bestens geeignet. Hohe Grundwassertemperaturen von ca. 7 bis 15 Grad Celsius und die geringen jahreszeitlichen Temperaturschwankungen machen diese Wärmequelle so interessant.

Die Wärmequelle Grundwasser bietet, gerade wegen der hohen Wassertemperaturen, die besten Voraussetzungen um die Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle (Wasser) und der Wärmesenke (Heizkreisseite) gering zu halten. Eine geringe Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Wärmesenke ist wiederum eine wichtige Voraussetzung um eine hohe Effizienz (geringer Stromverbrauch) und Wirtschaftlichkeit des Wärmepumpensystems zu erreichen. Wasserwärmepumpen können derzeit die höchst mögliche Effizienz von markttauglichen Wärmepumpensystemen erreichen.

Die Wärmequelle Grundwasser ist für den monovalenten Wärmepumpenbetrieb (nur Wärmepumpe ohne Heizstab) bestens geeignet. Ein bivalenter Betrieb (2. Wärmeerzeuger z.B. Gas- oder Ölbrenner) ist bei großen Anlagen oder nicht ausreichender Grundwassermenge möglich. Eine Gebäudekühlung mittels Grundwasser (Temperaturen beachten) kann ebenfalls sehr wirtschaftlich sein.

Wie funktioniert eine Wasser/Wasser-Wärmepumpe mit der Wärmequelle Grundwasser?

Grundsätzlich werden je ein fachgerecht dimensionierter Förder – und Schluckbrunnen (Brunnenbaubetrieb) benötigt.

In wenigen Ausnahmefällen kann auf einen Schluckbrunnen verzichtet werden. Ich selber habe erlebt, dass Behörden unter günstigen Voraussetzungen die Genehmigung erteilen, das geförderte Wasser in eine Vorflut (z.B. Bach etc.) einzuleiten. Normalerweise wird aber immer ein Schluckbrunnen benötigt!

Wichtig: Alle Anlagen sind grundsätzlich durch die Wasserbehörde genehmigungspflichtig. Die Erschließungskosten (Bohrkosten) für den Saug- und Schluckbrunnen sind von der Grundwassertiefe/-Menge abhängig.

Das Funktionsprinzip ist einfach. Mit einer Brunnenpumpe (Förderleistung und Energieaufnahme beachten) wird dem Förderbrunnen das Grundwasser entnommen und durch den Wärmetauscher der Wärmepumpe geführt. Dabei wird dem Wasser Wärme entzogen. Das abgekühlte Wasser wird über einen Schluckbrunnen ins Erdreich zurückgeführt.

Wichtig: Der Schluckbrunnen muss die gleich Wassermenge aufnehmen können wie dem Förderbrunnen entnommen wird.

Die mögliche Wasserfördermenge ist von den geologischen Bedingungen vor Ort abhängig. Sie richtet sich auch nach der Ergiebigkeit des Grundwasserleiters. Die mögliche Grundwasserentnahmemenge muss genau ermittelt werden. Hierfür sind sogenannte Pumpversuche während und nach den Brunnenbauarbeiten notwendig.

Damit Wasser/Wasser-Wärmepumpen überhaupt funktionieren können benötigen diese eine definierte Durchflussmenge von ca. 250 Liter Wasser je KW Heizleistung pro Stunde (vom Wärmepumpenhersteller abhängig). Bei einer Leistung von 10 KW sind das ca. 2,5m³ Wasser in einer Betriebsstunde. Während der Heizperiode kommt da einiges an Wasser zusammen. Nicht überall ist die erforderliche Wassermenge gewährleistet. Auch die Aufnahme dieser Wassermenge durch den Schluckbrunnen kann Probleme bereiten.

Zudem werden zusätzlich besondere Anforderungen an die Qualität und Temperatur des Grundwassers gestellt. Wirklich günstige und optimale Bedingungen werden selten vorgefunden.

Hierin liegt auch der große Nachteil einer Wasser/Wasser – Wärmepumpe. Der Erschließungs- und Wartungsaufwand der Brunnenanlagen ist gegenüber Erdwärmesondenanlagen in den meisten Fällen sehr hoch. Es sei denn, dass Grundwasservorkommen kann in einer sehr geringen Tiefe erschlossen werden.

Die Baukosten für einen fachgerecht erstellten Förder- und Schluckbrunnen sind selten bis ins Detail kalkulierbar. Gerade dort, wo es keine genauen Kenntnisse über Grundwasservorkommen gibt, kann ein Totalverlust der eingesetzten Finanzmittel drohen. (Bohrung trocken, Wassermenge zu gering, Wasserqualität schlecht)

Zudem werden ein Rohrleitungssystem, ein Brunnenkopf mit Brunnenstube und eine Brunnenpumpe benötig. Die Kosten hierfür fallen je nach Anforderung unterschiedlich aus. Seitens der Behörden können Auflagen, wie z.B. begehbare Brunnenstuben, können ein zusätzlicher Kostentreiber sein.

Die Anforderungen an die Wasserqualität sind sehr hoch. Ist keine ausreichende Wasserqualität ( z.B. zu viel Eisen oder Mangan im Grundwasser ) gewährleistet, kann eine Verockerung (Filterschlitze am Brunnenausbau verschließen sich, Wasser gelangt nicht mehr in oder aus dem Brunnen) der Wärmequellenanlage, meist zuerst im Schluckbrunnen, auftreten.

Dies führt zum Totalausfall der Wärmepumpenheizung. Die Brunnenanlage muss unter diesen Bedingungen regeneriert oder gar neu errichtet werden.

Ein erhöhter Pumpenverschleiß ist bei ungünstigen Grundwasserqualitäten ebenfalls möglich (geringe Lebensdauer der Förderpumpe, erhöhte Kosten).

In der Regel sind Brunnensysteme in Tiefen von über 20m nicht wirtschaftlich.

Bei günstigen Grundwasserverhältnissen, guter Wasserqualität und fachgerechter Erstellung der Brunnenanlagen ist eine Wasser/Wasser-Wärmepumpe dennoch sehr wirtschaftlich zu betreiben.

Beachten:

Die Leistungsaufnahme der Förderpumpe darf nicht vernachlässigt werden. Die Brunnenanlage sollte immer von einem Brunnenbauerfachbetrieb erstellt werden. Wichtige Qualitätskriterien sind die fachgerechte Planung der gesamten Wärmepumpenanlage, die fachgerechte Dimensionierung der Bohrlochdurchmesser, Filterkiesschüttungen und des Brunnenausbaus.

Die Anforderungen an die Qualität des Schluckbrunnens sind ebenfalls sehr hoch. Diese sind oft nicht fachgerecht dimensioniert. Bei den Schluckbrunnen treten die meisten Probleme während des Betriebes auf. Dies kann bis zum Überlaufen der Schluckbrunnen führen, da diese oft nicht mehr in der Lage sind, die entsprechenden Wassermengen aufzunehmen.

Nachteile:

Sind die Betriebsbedingungen wie Grundwasserabsenktiefe speziell während der Grundwasserförderung, Grundwassertemperatur und Grundwasserqualität wie oben beschrieben nicht optimal, überwiegen die Nachteile. Grundwasser als Wärmequelle kann in diesen ungünstigen Fällen nicht empfohlen werden.

Vorteile:

Durch die hohe ganzjährig verfügbare Quellentemperatur des Grundwassers sind sehr hohe Jahresarbeitszahlen unter optimalen Einsatzbedingungen möglich. Die Wirtschaftlichkeit und Effizienz einer Wasser/Wasser-Wärmepumpe ist gegenüber anderen Wärmepumpensystemen unter besten Einsatzbedingungen am größten.

Silvio Klenner Erdwärme-Zeitung.de 2014