Technik

Das Wärmepumpen-Prinzip basiert auf der Entnahme von Umgebungswärme. Anstatt Luft oder Erdreich ist die Umweltwärmequelle bei der Fluss- oder Seethermie das Wasser. Für Flüsse und Seen werden Wasser-Wasser-Wärmepumpen genutzt, die dem gleichen Prinzip wie z. B. Grundwasserwärmepumpen folgen. 

Dem Wasser als Wärmeträgermedium wird Energie in Form von Wärme entzogen, die Wärmepumpe hebt das Temperaturniveau anschließend weiter an.

Im Inneren der Wärmepumpe läuft dabei folgender Kreislauf ab:

• Die Wärmeenergie des Fluss- oder Seewassers verdampft das Kältemittel in der Wärmepumpe. Das verwendete Fluss- oder Seewasser kühlt dabei ab.
• Der Kältemitteldampf wird mithilfe eines strombetriebenen Verdichters komprimiert, Druck und Temperatur steigen an.
• Das komprimierte Kältemittel überträgt seine Wärme auf den Heizkreislauf. Es kühlt dabei ab und verflüssigt sich wieder.
• Im letzten Schritt wird der Druck des flüssigen Kältemittels gesenkt, es erreicht seine Ausgangstemperatur und der Kreislauf kann erneut beginnen.

Hinweis: Bei stehenden Gewässern kommt es nach der Wasserrückleitung häufig zu einer verzögerten Durchmischung. Dies kann zu einem thermischen Kurzschluss führen, wenn

• die Rohrleitungen zur Entnahme und Rückgabe nicht mit entsprechender räumlicher Trennung angebracht sind, und
• das rückgeführte Wasser nicht genügend Strömungsgeschwindigkeit für eine gute Einmischung besitzt, und
• die seetypischen Strömungsverhältnisse nicht beachtet werden.

Für die Übertragung von Wärme aus Flüssen oder Seen gibt es zwei Systemvarianten: den offenen Kreislauf und den geschlossenen Kreislauf. 

Die Effizienz von Wasser-Wasser-Wärmepumpen ist relativ hoch, da Fluss- und Seewasser eine große Wärmekapazität und im Vergleich zu anderen Umweltwärmequellen geringere Temperaturschwankungen aufweisen. 

Mindesttemperatur und Mindestwasserführung spielen eine wichtige Rolle für die effiziente und optimale Nutzung einer Fluss- und Seewasserwärmepumpe. Zunehmende Trockenperioden, auch in den Wintermonaten, führen zu einem niedrigen Wasserabfluss, sodass die Wasserentnahme gegebenenfalls nur eingeschränkt möglich ist. Wenn Mindesttemperatur oder Mindestwasserführung zeitweise nicht eingehalten werden können, müssen temporäre redundante Wärmeerzeuger mit eingeplant werden. Für Bayern trifft dies bei den meisten Flüssen zu.

Folgende Kennzahlen beschreiben die Effizienz einer Wärmepumpe: 

Bei dieser Variante eines Wärmenetzes liegt die Wassertemperatur im Netz zwischen 10 und 35 Grad Celsius und damit deutlich niedriger als bei herkömmlichen Fern- oder Nahwärmesystemen. Niedertemperatur-Wärmenetze sind empfehlenswert, da die Fluss- oder Seewasserwärmepumpe ein wesentlich niedrigeres Temperaturniveau überbrücken muss und damit deutlich effizienter arbeitet. 

Die Betriebstemperaturen im Niedertemperatur-Wärmenetz sind nicht ausreichend für die Warmwasser- und Heizwärmebereitstellung. Am Verbrauchsort werden die Temperaturen daher durch eine zusätzliche Wärmepumpe auf das erforderliche Niveau angehoben. 

Vorteil bei diesem Ansatz ist, dass nicht das gesamte Wasser im Wärmenetz auf die höchste benötigte Temperatur angehoben werden muss, sondern vor Ort je nach Gebäudequalität eine individuelle Anhebung mit dezentralen Wärmepumpen stattfinden kann. Nachteilig ist, dass für den Transport derselben Wärmemenge ein deutlich größeres Wasservolumen und größere Leitungsquerschnitte nötig sind.