Wasser-Wasser-Wärmepumpen: Funktionsweise, Typen und Kosten

Eine Wasser-Wasser-Wärmepumpenanlage überträgt Wärme zwischen einem Quellwasserkreislauf und dem Warm- oder Kaltwasserkreislauf eines Gebäudes. Sie eignet sich für Standorte mit zugänglichen Wärmequellen aus Wasser oder Erdwärmekollektoren sowie einer wassergeführten Wärmeverteilung. Entscheidend ist, ob sich mit dieser Quelle, der erforderlichen Wassertemperatur und allen Pumpen die Kühllast bzw. Heizlast des Gebäudes wirtschaftlich decken lässt.

Aktualisiert im Oktober 2026

Was ist eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe?

Wasser-Wasser-Wärmepumpen nutzen auf beiden Seiten des Kältemittelkreislaufs Flüssigkeiten. Das erste „Wasser“ bezeichnet die Wärmequellenseite, das zweite die Nutzseite. Eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe und eine Wasser-Luft-Wärmepumpe sind nicht dasselbe: Letztere kann warme oder gekühlte Luft abgeben.

Bei der wassergeführten Wärmeverteilung wird erwärmtes Wasser zu Heizkörpern, Fußbodenheizungen oder Wärmetauschern geleitet und anschließend zum erneuten Erwärmen zurückgeführt. Geeignete Wärmeübertrager ermöglichen es der HLK-Anlage, Räume über einen Wasserkreislauf zu heizen oder zu kühlen. Im Kühlbetrieb nimmt das Kaltwasser Wärme aus dem Gebäudeinneren auf. Der Überblick des US-Energieministeriums zur Geothermie unterscheidet zwischen unterirdischem Kollektor, Wärmepumpe und Wärmeverteilung; letztere kann luft- oder wassergeführt sein.

Ein Luft-Wasser-Warmwasserbereiter entzieht der Umgebungsluft Wärme und überträgt sie auf gespeichertes Wasser (Erläuterung von ENERGY STAR zu Warmwasserspeichern). Ein elektrischer Warmwasserbereiter mit Widerstandsheizelement erwärmt das Wasser im Speicher direkt. Keine der beiden Anlagen beschreibt für sich allein eine Wasser-Wasser-Wärmepumpenanlage zur Gebäudeheizung.

Wie der Kältekreislauf Wärme überträgt

Der Kältekreislauf funktioniert ähnlich wie bei einem Kühlschrank, der Wärme aus seinem Innenraum abführt. Der Unterschied: Auf der Nutzseite wird Wasser in einem Kreislauf erwärmt. Am kalten Wärmeübertrager verdampft das Kältemittel, wird verdichtet, gibt am warmen Wärmeübertrager Wärme ab und entspannt sich anschließend über ein Expansionsventil. Für diese Wärmeübertragung muss das Quellwasser nicht sieden.

Wie funktioniert eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe?

Eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe nimmt über einen Verdampfer Energie aus Wasser oder einer zirkulierenden Quellflüssigkeit auf. Der Verdichter erhöht Druck und Temperatur des Kältemittels. Im Verflüssiger gibt das Kältemittel Wärme an das Wasser auf der Heizseite ab und kondensiert wieder zu Flüssigkeit. Ein Expansionsventil senkt den Druck, bevor der Kältekreislauf erneut beginnt.

Bei der Wärmeentnahme aus dem Wasser kühlt sich die Quellflüssigkeit ab, während sich das Heizwasser erwärmt (siehe Erläuterung von Natural Resources Canada zum Heizbetrieb). Das Kältemittel bleibt in einem eigenen Kreislauf und überträgt die Wärme beidseitig über einen Wärmeübertrager. Bei Anlagen für umkehrbaren Betrieb ändert ein Vierwegeventil die thermischen Funktionen der Wärmeübertrager.

1. Verdampfer: Niederdruck-Kältemittel nimmt Wärme aus der Wärmequelle auf.
2. Verdichter: Der elektrische Antrieb erhöht den Kältemitteldruck.
3. Verflüssiger: Heißes Kältemittel überträgt Wärme auf das Heizwasser.
4. Expansionsventil: Der gesenkte Druck bereitet das Kältemittel darauf vor, erneut Wärme aufzunehmen.

Woher kann das Quellwasser stammen?

Als Wärmequelle für eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe kommen Grundwasser, ein erdverlegter geschlossener Kreislauf, ein geeigneter Oberflächenwasserkreislauf sowie nutzbare Gebäude- oder Prozesswärme infrage. Je nach Quelle liegt die Einschränkung in der dauerhaft verfügbaren Wassermenge, dem Wärmeaustausch mit dem Erdreich, den saisonalen Wasserbedingungen oder den Betriebsstunden, in denen Abwärme anfällt. Auch eine nahe gelegene Wasserquelle muss über das Jahr hinweg ausreichend Wärme übertragen können.

Die Empfehlungen von ASHRAE für Grundwasseranlagen (§1.5, Anlagenkomponenten) sprechen bei gewerblichen Grundwassersystemen für einen trennenden Wärmeübertrager. So bleibt Rohwasser mit seiner Verschmutzungsneigung vom saubereren Gebäudekreislauf getrennt; zugleich entstehen ein Temperaturunterschied am Wärmeübertrager und zusätzlicher Pumpwiderstand. In einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert eine kontrollierte Flüssigkeit, die weiterhin vor Frost und Korrosion geschützt werden muss.

Die Effizienz von Erdwärmeanlagen kann sich im Lauf der Zeit verändern: An einem Standort mit Permafrost und überwiegendem Heizbedarf schwankte sie über sieben Heizperioden (Studie von Garber-Slaght in Fairbanks (2021)). Bei der Analyse der Leistung des Erdwärmekreislaufs müssen die jährlichen Schwankungen bei Wärmeentzug und Wärmeeintrag berücksichtigt werden. Der Leitfaden zu Erdwärmepumpen enthält weitere Informationen zur Planung der Erdreichseite.

Wasser-Wasser im Vergleich zu Luft-Wasser und Wasser-Luft

Für eine wassergeführte Wärmeabgabe vergleichen Sie Wasser-Wasser- und Luft-Wasser-Wärmepumpen. Eine Wasser-Luft-Wärmepumpe eignet sich für die Luftabgabe aus einem Wasserkreislauf. Luft-Wasser-Wärmepumpen kommen ohne Erdreich- oder Wasserkollektor aus, doch kalte Außenluft erhöht den erforderlichen Temperaturhub beim Heizen. Wasser-Luft-Wärmepumpen benötigen eine Luftverteilung statt einer zentralen Warmwasserverteilung.

Eine Luft-Luft-Wärmepumpe erwärmt die Raumluft direkt über einen Kältemittelwärmeübertrager (Beschreibung der Wärmequellen und Wärmesenken von Natural Resources Canada). Eine Wasser-Luft-Wärmepumpe braucht ein Luftbehandlungsgerät oder einen werksseitig vormontierten Ventilatorabschnitt. Wasser als Wärmequelle macht den Luftteil nicht überflüssig.

Ein vorhandener Brunnen ist ein guter Ausgangspunkt. Daraus lässt sich jedoch nicht ableiten, dass sich eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe immer mit einem bestehenden Brunnen zu einer vollständigen Heizungsanlage kombinieren lässt. Reicht der anhaltende Brunnenvolumenstrom nicht aus oder sind Wasseraufbereitung und Rückführung zu aufwendig, passt eine Luftwärmepumpe möglicherweise besser zum Standort. Vergleichen Sie beide Anlagen bei gleicher Raumheizlast und Vorlauftemperatur. Die Wasser-Wasser-Wärmepumpenlösung von Koven Air umfasst Geräteoptionen für die Bewertung.

Wassergeführte Wärmeverteilung und Wassertemperatur aufeinander abstimmen

Unter 45 bis 50°C liegt der effizientere Bereich für wassergeführte Heizungen, wie in der Wohngebäude-Leitlinie von Natural Resources Canada zu Erdwärme beschrieben. Eine Wärmeverteilung mit niedriger Temperatur verringert den Temperaturhub des Verdichters. Die Wärmeübertrager müssen bei dieser Wassertemperatur dennoch genug Wärme abgeben. Ob eine bestehende Heizung bleiben kann, hängt daher von der Heizkörperleistung und dem Wärmeverlust des Raums ab.

Funktioniert eine Erdwärmepumpe mit vorhandenen Heizkörpern?

Ja, eine Wärmepumpe lässt sich mit vorhandenen Heizkörpern betreiben, sofern deren Leistung bei den vorgesehenen Vor- und Rücklauftemperaturen ausreicht, um den Wärmeverlust des Raums zu decken. Eine Fußbodenheizung ist in diesem Fall nicht erforderlich.

Beispiel: Bei der Auslegungsaußentemperatur benötigt ein Raum 2,0 kW Wärme. Gibt der Heizkörper bei der vorgesehenen Wassertemperatur nur 1,5 kW ab, fehlen 0,5 kW. Der Raum ist damit um 0,5 kW unterversorgt. Bleibt der Heizkörper unverändert, wird die Auslegungsanforderung im Raum nicht erfüllt. Der Fehlbetrag lässt sich durch einen größeren Wärmeübertrager oder geringere Wärmeverluste ausgleichen.

Gebläsekonvektoren können ebenfalls wassergeführte Wärme abgeben. Ein Ventilator führt Luft über einen wasserbeheizten oder -gekühlten Wärmeübertrager. Der Leitfaden zu wassergeführten Gebläsekonvektoren enthält weitere Informationen zur Luftverteilung. Industrielle Anlagen für hohe Wassertemperaturen sind eine separate Geräteoption: Der Hinweis für Wohngebäude zu Heizkörpern über 60°C ist keine allgemeingültige Begrenzung der Wasseraustrittstemperatur von Wasser-Wasser-Wärmepumpen.

Effizienz: COP des Geräts, COP der Anlage und saisonale Ergebnisse

Der COP einer Wärmepumpe setzt die Wärmeleistung ins Verhältnis zu dem Stromverbrauch, der in der Gerätebewertung berücksichtigt wird. Der Anlagen-COP umfasst den gesamten Stromverbrauch innerhalb der Bilanzgrenze der Anlage. Die saisonale Energieeffizienz bildet wechselnde Kühllasten bzw. Heizlasten und Temperaturen im Zeitverlauf ab. Ein günstiger COP an einem einzelnen Betriebspunkt kann mit schlechten Jahresergebnissen einhergehen, wenn Quellpumpen, elektrische Zusatzheizung oder Verteilverluste erheblich sind.

„Verhältnis der Wärmeabgabe des Wärmerückgewinnungssystems zum Energieeinsatz des gesamten Systems, einschließlich Verdichter, Pumpen usw.“

Beispiel: Die nutzbare Wärmeleistung beträgt 100 kW, während das Gerät 25 kW Strom verbraucht. Daraus ergibt sich ein Geräte-COP von 4.0. Werden 5 kW für Quell- und Verteilpumpen hinzugerechnet, die in dieser Bewertung nicht enthalten waren, beträgt der Gesamtverbrauch 30 kW und der Anlagen-COP 100 ÷ 30 = 3.33. Pumpen, deren Stromverbrauch bereits im Geräteverbrauch enthalten ist, dürfen nicht doppelt angesetzt werden.

Sind Wasserwärmepumpen hocheffizient?

Wasserwärmepumpen können hohe Effizienz erreichen, wenn die Temperaturen der Wärmequelle und der Kühllast bzw. Heizlast zur Anlage passen und die Leistungsaufnahme der Nebenaggregate begrenzt wird. Sie übertragen Wärme, statt sich auf elektrische Widerstandsheizung zu stützen. Für die Leistung des Gesamtsystems müssen Pumpen und etwaige Zusatzheizungen berücksichtigt werden, denn sie können trotz eines guten Verdichterwerts den Verbrauch erhöhen.

ISO 13256-2:2021, als Ausgabe 2 im Jahr 2021 veröffentlicht, legt Prüf- und Bewertungskriterien für aufeinander abgestimmte Wasser-Wasser- und Sole-Wasser-Baugruppen unter festgelegten Bedingungen auf der Wärmequellen- und Heizseite fest. Vergleichen Sie Werte, die unter gleichen Bedingungen ermittelt wurden. Verwenden Sie für die Schätzung des Jahresenergieverbrauchs einen saisonalen Anlagenfaktor, der dieselben Nebenaggregate wie die Strombilanz umfasst.

Leistung und Volumenstrom: Rechenbeispiel für die Wasserseite

Für eine Wasserheizleistung von 100 kW bei einer Wassertemperaturerhöhung um 5 K sind unter den unten angegebenen vereinfachten Wasserannahmen 4,78 L/s erforderlich. Der Volumenstrom auf der Quellseite wird separat berechnet, da die Wärmeentnahme dort die zusätzlich eingebrachte Energie des Verdichters nicht einschließt. Diese Volumenströme dienen zur Prüfung der thermischen Betriebsleistung; für die Pumpenauswahl müssen auch die Druckverluste in Rohrleitungen und Wärmeübertragern berücksichtigt werden.

Betriebsübersicht von der Wärmequelle zur Heizseite

Die Betriebsübersicht von der Wärmequelle zur Heizseite veranschaulicht Wasservolumenströme, Verdichterleistung, nutzbare Wärme und einen angenommenen Betriebspunkt.

Angenommene Werte: stationärer Heizbetrieb; 100 kW nutzbare Wärmeleistung; Geräte-COP 4.0; Quellwasser im Vorlauf/Rücklauf mit 10/6°C; Heizwasser im Rücklauf/Vorlauf mit 40/35°C. Verwenden Sie eine Wasserdichte von ungefähr 1 kg/L und eine spezifische Wärmekapazität von 4,18 kJ/(kg·K), die vereinfachten Referenzwerte in den Gleichungen von ASHRAE für die Wärmeübertragung in wassergeführten Systemen. Wärmeverluste in den Rohrleitungen und Pumpenwärme bleiben in dieser Wärmebilanz unberücksichtigt.

Verwenden Sie Q = Massenstrom × spezifische Wärmekapazität × Temperaturänderung, wobei Q in kW und der Massenstrom in kg/s angegeben werden. Für den Vergleich der Kreisläufe wird bei den Beispieltemperaturen ein COP von 4.0 angenommen; dieser Wert ist keine Grundlage für die Geräteauswahl. Volumenströme und Druckverluste bei Glykolgemischen unterscheiden sich von denen bei Wasser und müssen daher gesondert analysiert und angepasst werden.

Bei einer geringeren Temperaturdifferenz ergibt sich für dieselbe Betriebsleistung ein höherer Volumenstrom. Für die Geräte gelten dennoch Volumenstromgrenzen. Wird ohne Prüfung der Gerätegrenzwerte eine kleinere Pumpe zur Verringerung des Volumenstroms ausgewählt, kann der Wärmeübertrager zu wenig durchströmt werden. Sowohl die thermische als auch die hydraulische Berechnung müssen die Anforderungen der Wärmepumpe erfüllen.

Anwendungen, Kühlung und Trinkwarmwasser

Wasser-Wasser-Anlagen können für die Raumheizung, Kaltwasserkühlung und weitere speziell ausgelegte Trinkwarmwasseranwendungen eingesetzt werden. Umkehrbare Anlagen können zwischen Heiz- und Kühlbetrieb wechseln. Wärmerückgewinnungsanlagen können bei gleichzeitigem Bedarf Warm- und Kaltwasser bereitstellen. Dafür sind geeignete Wasserkreisläufe und eine Möglichkeit erforderlich, Wärme abzuführen, sobald eine Kühllast bzw. Heizlast entfällt.

Bei der Kühlung eines Büros zurückgewonnene Wärme kann einen benachbarten Prozess beheizen. ASHRAE unterscheidet Zweimodensysteme von Wärmerückgewinnungssystemen. Sobald ein Prozess endet, muss Wärme weiterhin an eine gekühlte Wärmesenke abgeführt werden. Für den Ausgleich muss ein Kreislauf mit Heizkessel und Kühlturm, ein Erdreichanschluss oder eine andere ausgelegte Wärmequelle bzw. Wärmesenke vorgesehen werden. Der Leitfaden zu Wärmepumpen-Kältemaschinen vergleicht diese Anlagenkonzepte.

Für Trinkwarmwasser wird Wärme über einen Wärmeübertrager oder einen speziell dafür ausgelegten Wassererwärmer auf ein geeignetes Trinkwassersystem übertragen. Sollwerte für die Raumheizung ersetzen keine hygienischen Kontrollen des Warmwassers. Die Leitlinie der CDC zur Gebäudewasserversorgung unterscheidet zwischen Speicher-, Zirkulations- und Verbrühungsschutzmaßnahmen an der Entnahmestelle. Eine separate Warmwasseranlage kann einen Speicher und zusätzliche Heizleistung umfassen. Die Trinkwasserinstallation muss außerdem den örtlichen Anforderungen des Projekts entsprechen.

Für die Strahlungskühlung ist ein separates Konzept zur Feuchteregelung erforderlich. Gebläsekonvektoren mit Kaltwasser können Feuchtigkeit abführen, wenn sie über geeignete Wärmeübertrager, Kondensatauffangwannen und Abläufe verfügen. Laut John Siegenthalers Erläuterung zu wassergeführten Wärmepumpen muss bei der Regelung der Kondensation die Oberflächentemperatur des Bauteils über dem Taupunkt der Raumluft liegen. Die Kühlung eines Fußbodens entfeuchtet nicht wie ein Luftwärmeübertrager.

Kosten einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe: Installation und Energie

Die Kosten einer Wasser-Wasser-Anlage setzen sich aus der Wärmepumpe, den Arbeiten an der Wärmequelle, der Wärmeverteilung im Gebäude sowie der Elektro- und Hydraulikinstallation zusammen. Die Kosten einer Grundwassersanierung und eines neuen Sondenfelds können sich stark unterscheiden, auch wenn beide Anlagen dieselbe Heizleistung haben. Die jährlichen Energiekosten lassen sich leichter berechnen, sobald Nutzwärmebedarf, saisonale Anlagenleistung und Stromtarif feststehen.

Zu den Hauptkosten zählen Geräte, Brunnen, Entnahme- und Rückführungsanlagen, Trennwärmeübertrager, Pumpen, Wärmeübertrager, Rohrleitungen, Stromversorgung, Regelung und Inbetriebnahme. Standortbedingungen und Kollektortyp haben großen Einfluss auf die Kosten (Planungshinweise zur Installation von Natural Resources Canada). Bei großen Gewerbegebäuden können außerdem Leistungspreise für Strom anfallen, die eine einfache kWh-Berechnung nicht berücksichtigt.

Bei einem angenommenen Nutzwärmebedarf von 100.000 kWh, einem saisonalen Anlagenleistungsfaktor von 3.0 und einem Strompreis von USD 0.15/kWh betragen die jährlichen Heizstromkosten etwa USD 5.000. Der Stromverbrauch liegt bei 100.000 ÷ 3 = 33.333 kWh. Der angenommene saisonale Faktor umfasst das Gerät, Quell- und Verteilpumpen sowie jede Zusatzheizung für diesen jährlichen Heizbedarf. Diese reine Energiekostenschätzung berücksichtigt weder Wartung noch Leistungspreise und Investitionskosten; der Stromtarif ist eine Annahme und kein aktueller örtlicher Preis.

Elektrische Widerstandswarmwasserbereiter erzeugen Wärme mit Strom. Eine Wärmepumpe, deren saisonaler Leistungsfaktor beim Heizen über eins liegt, benötigt für dieselbe abgegebene Wärmemenge weniger Energie. Für einen aussagekräftigen Vergleich müssen gleichwertige Leistungen und identische Messgrenzen zugrunde gelegt werden. Der Austausch eines Warmwasserspeichers berücksichtigt weder die Kosten der Wärmequelleninstallation noch die wassergeführte Wärmeverteilung im gesamten Gebäude.

Was Sie vor der Anlagenauslegung prüfen sollten

Beginnen Sie mit einem Profil der Kühllast bzw. Heizlast, der verfügbaren Quellwassermenge und der erwarteten Leistung der Wärmeübertrager. Stimmen Sie die thermische Betriebsleistung auf die Hydraulik und die Betriebsfolge ab. Eine ausreichende Geräteleistung gleicht weder einen zu geringen Volumenstrom noch eine nicht verfügbare Wärmequelle aus. Diese Einschränkungen müssen geklärt sein, bevor Gerätelisten und Installationsbudgets festgelegt werden.

In einem Fallbeispiel aus dem Jahr 2026 von HPAC Engineering, verfasst von Vinay Shekar und Robby Oylear, war eine vollelektrische Anlagenzentrale für die Kühllasten und Heizlasten ausgelegt, dennoch traten Volumenstromalarme und Ausfälle auf. Die Quellpumpen beeinflussten einen größeren Kreislauf mit variablem Volumenstrom. Ein Bypass nahe der Wasser-Wasser-Anlage verringerte außerdem das aktive Wasservolumen und verstärkte das Takten. Zu den technischen Änderungen gehörten eine hydraulische Entkopplung und die Verlegung von Bypassventilen weiter stromabwärts. Anpassungen an der Hydraulik und der Regelstrategie behoben die Regelungs- und Hydraulikprobleme.

Weitere Prüfpunkte finden Sie im Leitfaden zur Inbetriebnahme und Regelung von Wasserwärmepumpen.

Was verändert sich bei der wassergeführten Heizung?

Austauschprojekte für Heizungsanlagen werden zunehmend in integrierte Gebäudesysteme und industrielle Energiesysteme eingebunden. Entscheidend dafür sind die nutzbare Quellentemperatur, die erforderliche Vorlauftemperatur und die Betriebsstunden. Wärmerückgewinnung und thermische Speicher können den Heizbedarf senken oder zeitlich verschieben. Sie müssen jedoch zum Produktions- oder Belegungsplan passen.

Laut Heat Pump Monitor 2026 der IEA könnten kommerziell verfügbare Wärmepumpen technisch bis zu rund 20 % des weltweiten industriellen Wärmebedarfs decken. Wärmepumpenanlagen lassen sich in industrielle Prozesse integrieren. Hindernisse wie ungünstige Wirtschaftlichkeit und ungeeignete Prozessbedingungen schränken ihren Einsatz jedoch ein.

Berücksichtigen Sie bei der Auswahl von Anlagen für eine Modernisierung Temperatur und Verfügbarkeit der nutzbaren Abwärme und vergleichen Sie diese mit der erforderlichen Heiztemperatur. Ein Wasserspeicher kann zeitliche Lücken überbrücken. Um bei einem geringen Temperaturunterschied nutzbare Wärme zu speichern, sind jedoch große Wassermengen erforderlich. Bei der Systemauslegung müssen daher Volumen, Platzbedarf und Wärmeverluste berücksichtigt werden.

Häufig gestellte Fragen

Für die Anlagenauslegung ist eine projektspezifische Planung erforderlich. Weitere Informationen über das Unternehmen finden Sie bei Koven Air.