Energie aus dem Grundwasser

Autor/Redakteur: Herbert Grab/gg

Besitzer älterer Immobilien, die auf Wärmepumpen setzen, entdecken zunehmend die Nutzung von Grundwasser als Alternative zu Erdwärme- oder Luft-Wasser-Wärmepumpen. Auch im Neubau geraten Brunnenbohrungen immer mehr ins Blickfeld. Der Wärmepumpenhersteller ait-deutschland mit seinen Marken alpha innotec und NOVELAN realisiert immer wieder solche Projekte.

Die Zahlen sprechen für sich: Rund 20 Millionen Wohngebäude mit insgesamt 43 Millionen Wohnungen gibt es aktuell in Deutschland. Ungefähr 17 Millionen dieser Häuser wurden vor der Jahrtausendwende errichtet. Zugleich läuft die Wärmeversorgung in 74 Prozent aller Wohnungen in Deutschland auf der Basis von Heizöl (24,7 Prozent) oder Gas (49,3 Prozent). Das Ergebnis: Rund 30 Prozent der gesamten Treibhausgasemissionen in Deutschland gehen auf den Energieverbrauch in Gebäuden zurück, der Löwenanteil davon für die Erzeugung von Wärme.

Wenn es darum geht, diesen Wert deutlich zu senken und so die Wärme- und Energiewende voranzubringen, gilt die Installation von Wärmepumpen als Schlüssel. Dabei muss es nicht immer eine Luft-Wasser-Wärmepumpe sein, und auch zu Erdsondenbohrungen oder Erdkollektoren gibt es durchaus eine gute Alternative. Das zeigen einige Projekte, an denen der Wärmepumpenhersteller ait-deutschland maßgeblich beteiligt ist.

Wärmepumpe statt Gas

Die Heiztechnik war zunächst nicht so geplant. Doch Anfang 2022, als die Gasanschlüsse zu den acht Reihenhäuser im Osten von München bereits gelegt waren, brach der russische Präsident seinen Krieg gegen die Ukraine vom Zaun. Plötzlich stellte sich die Versorgungslage mit fossilen Energieträgern, allen voran russischem Gas, als ausgesprochen unsicher dar. Neue Wohnungen mit Gasheizung schienen aus der Zeit gefallen – und schwer verkäuflich.

Also suchte der Planer des Projekts nach rasch realisierbaren, wirtschaftlich wie ökologisch sinnvollen und versorgungssicheren Alternativen. Mit diesem Anliegen wandte er sich an Andreas Wimmer, Projektmanager Energiekonzepte beim Wärmepumpenhersteller ait-deutschland. Denn nach Lage der Dinge boten sich Wärmepumpen als vernünftigste Lösung an.

Zunächst prüften Planer und Wärmepumpen-Experte ihre Optionen: Luft-Wasser-Wärmepumpen würden sich relativ schnell und mit wenig Aufwand einbringen lassen, Sole-Wasser-Maschinen hingegen wären noch energieeffizienter und praktisch geräuschlos.

Allerdings stellten sich Erdbohrungen als problematisch dar. Denn pro Wohneinheit wäre mindestens eine Erdsonde erforderlich, die je nach Tiefe der Bohrung fünf oder gar sechs Meter Abstand zueinander haben müssen. Zudem stellten sich Erdsonden an diesem Standort als nicht genehmigungsfähig heraus und schieden somit aus.

Diese Überlegungen führten schnell zu einer Heizlösung, die genauso gut und geräuschlos funktioniert wie Erdwärme: Primärenergie aus dem Grundwasser, gefördert über eine Brunnenanlage. In diesem Fall reichten zwei Brunnenbohrungen aus, um alle acht Wohneinheiten zu versorgen: ein Förderbrunnen mit 16 Metern Tiefe und ein Schluckbrunnen, der lediglich zehn Meter tief sein musste.

Wenige Wochen nach den ersten Gesprächen über die Heizungsalternative waren die rechtlichen Grundlagen da. Die Bohrarbeiten konnten beginnen, und Andreas Wimmer konnte die Wärmepumpen – acht Maschinen vom Typ alpha innotec WZS 42H3 mit jeweils 5,8 Kilowatt Leistung – bestellen.

Brunnen liefert Primärenergie

Um die Pumpleistung zu den einzelnen Wohneinheiten möglichst niedrig zu halten, wurde eine Zisterne gebaut, in die die Pumpe des Förderbrunnens das Brunnenwasser pumpt. Durch die ganzjährig konstante Temperatur von zehn Grad Celsius arbeiten die Wärmepumpen besonders effizient, da sie eine relativ geringe Differenz zwischen Primärenergiezufuhr und der benötigten Heizwärme – 35 bis 40 Grad Celsius – zu überbrücken haben.

Ihr COP (Coefficient Of Performance) beträgt 5,7, die Jahresarbeitszahl dürfte bei diesen guten Voraussetzungen deutlich über vier liegen. Dies bedeutet, dass die Wärmepumpe aus einer Kilowattstunde Strom vier oder mehr Kilowattstunden Heizenergie erzeugt.

Minimaler Platzbedarf – maximaler Komfort

Die Wärmepumpen selbst nehmen mit 60 mal 60 Zentimetern Grundfläche etwa so viel Platz ein wie ein handelsüblicher Kühlschrank. Integriert ist ein 180 Liter fassender Brauchwasserspeicher, ein Pufferspeicher mit 100 Litern Fassungsvermögen für das Heizungswasser und der Wärmetauscher sind neben der Wärmepumpe angebracht.

„Ein 100-Liter-Pufferspeicher für die Heizung reicht völlig aus, um auch im Teillastbetrieb die Mindestlaufzeiten der Wärmepumpen sicherzustellen“, so Andreas Wimmer. „Die Fußbodenheizungen reagieren bekanntlich relativ träge, halten also die Temperatur lange konstant.“ Sobald die Wärmepumpe in Betrieb geht, gibt sie einen Einschalt-Impuls an die jeweilige Pumpe in der Zisterne, die sie darauf mit Brunnenwasser versorgt.

Besonders interessant in diesem Zusammenhang sind die Photovoltaik-Anlagen auf den Dächern. So verfügt jedes Haus über 16 PV-Module mit einer Leistung von jeweils 320 Watt, insgesamt also pro Haus rund 5,1 Kilowatt. Damit gewinnen die künftigen Bewohner einen großen Teil des Stroms für den Betrieb ihrer Wärmepumpen kostenfrei vom eigenen Dach.

Alle in dem Objekt installierten alpha innotec Wärmepumpen verfügen über eine sogenannte passive Kühlfunktion. Dabei führt die Umwälzpumpe das erwärmte Wasser aus der Fußbodenheizung in den Brunnen ab und tauscht es gegen kühles Wasser. Die Wärmepumpe selbst bleibt dabei ausgeschaltet. Eine sehr elegante Lösung: Bei minimalen Energieeinsatz und niedrigen Kosten profitieren die Hausbewohner an heißen Sommertagen von angenehmer Kühle – ohne störende Zugluft.

Kalte Nahwärme

In einem anderem Projekt geht es um Bestandsreihenhäuser, deren Bewohner sich ebenfalls für die Nutzung von Grundwasser entschieden haben. Anstelle der bisherigen Gasheizung wird in jedem Haus eine Wärmepumpe installiert. Ihre Primärenergie bekommen die Wärmepumpen über ein kaltes Wärmenetz. Der Vorteil: In einem kalten Verteilsystem entstehen, anders als in einem warmen Nahwärmenetz, in der Regel keinerlei Verteilverluste.

ait-deutschland Mann Andreas Wimmer: „Durch die relativ enge Bebauung kamen Erdkollektoren nicht in Frage, und Erdsondenbohrungen sind am Standort nicht genehmigungsfähig. Daher stellten sich ein oder mehrere Grundwasserbrunnen als einzig realistische Option dar.“

Die Förderpumpen der Brunnen transportieren das ganzjährig zwischen zehn und zwölf Grad Celsius warme Grundwasser zu einem Wärmetauscher, von dem aus eine Ladepumpe die Trägerflüssigkeit/Sole mit sieben bis zehn Grad Celsius ins kalte Nahwärmenetz einspeist. An beiden Enden der Sole-Leitung wurde jeweils ein Überstromventil installiert. Damit kommt das Gesamtsystem sogar ohne zusätzlichen Pufferspeicher aus.

Drehzahlgeregelte Wärmepumpen

Die drehzahlgeregelten Wärmepumpen vom Typ alpha innotec SWCV 92K3 wurden, um einen hohen Warmwasserkomfort sicherzustellen, mit einem 300-Liter-Warmwasserpeicher kombiniert. Die Fußbodenheizungen in den Gebäuden erfüllen nebenbei die Funktion eines Heizungs-Pufferspeichers. „Mehr ist nicht erforderlich, um die Wohnungen ständig und zuverlässig mit Wärme zu versorgen.“

„Mit diesem Projekt zeigen wir, dass es auch im Bestand fast immer gute Lösungen gibt, um auf klimafreundliche, energieeffiziente und damit sparsame Heizsysteme auf der Basis von Wärmepumpen umzusteigen“, so Andreas Wimmer.