Trinkwassererwärmung: Durchlauferhitzer versus Speichersysteme

Von Warm- und Wechselblütern: Die Evolution hat über Jahrmillionen die eine Gattung aussterben lassen, während an gleicher Stelle und unter denselben Bedingungen eine andere Gattung überlebt hat. Hingegen sind Systeme zur Trinkwassererwärmung parallel im Einsatz beim Kunden. Sie haben sich nicht gegenseitig komplett verdrängt und schließen sich noch nicht einmal gegenseitig aus. Es gibt sie weiterhin, die Durchfluss- und die Speichersysteme zur Trinkwassererwärmung.

Reduziert man die Eigenschaften der Trinkwassererwärmungssysteme auf die eben skizzierte Evolution, so kann der Vergleich mit den Warm- und Wechselblütern gezogen werden. Der Warmblüter, zum Beispiel eine Gazelle, reguliert die eigene Körpertemperatur selbst und hält diese regelmäßig konstant. Die Gazelle ist damit ewig zum Sprung bereit, um dem hungrigen Löwenrudel zu entkommen. Der Wechselblüter, zum Beispiel eine Schildkröte, ist auf ein sonniges Plätzchen angewiesen, um auf Betriebstemperatur zu kommen. Flucht ist für die Schildkröte auch nicht überlebensnotwendig. Und beide Arten, die Gazelle als Säugetier und die Schildkröte als Reptil, haben die Auslese der Evolution überstanden. Klar, sagt man aus der Sicht des Menschen, beide haben ihre speziellen Vorteile immer wieder genutzt, um zu überleben.

Der Bericht soll nicht zu philosophisch werden, aber genau aus diesem Grund hat der Anlagenmechaniker mit einer Vielzahl von unterschiedlichsten Materialien, Bauteilen, Komponenten und Systemen zu tun. Es gibt nicht den ultimativen Werkstoff für Trinkwasserleitungen oder das absolut beste Absperrorgan oder den Superwärmeerzeuger. Und jetzt geht’s endgültig zum Thema: Es gibt eben nicht nur den einen Trinkwassererwärmer mit der Note „non plus ultra für alle Fälle“.

Grundsätzliches zu Trinkwassererwärmern

Klar ist, dass wir in einer Welt von Warmduschern leben. Selbst das Händewaschen auf dem Gäste-WC wird möglichst mit temperiertem Wasser erledigt. Zu groß sitzt der Schock, benetzt man den zarten Körper mit nur 10-gradigem Nass. Bis zu 45 °C sollten es schon sein. In der Küche wünscht man sich zum Abspülen der fettigen Pfannen auch schon mal 50 °C und mehr, aber dann scheuen die meisten den direkten Kontakt mit dem heißen Wasser. Im Selbstversuch kann ja mal die eigene Wohlfühltemperatur zum Duschen ermittelt werden. Wie auch immer, notwendig ist also die Erwärmung von meistens 10 °C aus dem Versorgungsnetz der Wasserwerke auf 45 °C zum Duschen.

Der Energieaufwand zur Erwärmung von Wasser ist rechnerisch nachvollziehbar.

Erwärmt man 50 Liter (l) Wasser (entsprechend 50 Kilogramm) von 10 °C auf 45 °C, dann wird dazu folgende Energie notwendig sein:

Q=m•c•Δϑ

wobei

Q = Energie in Wh

m = Masse in kg

c = spezifische Wärmekapazität in Wh/(kgK)

Δϑ = Temperaturdifferenz in K

Q=50kg•1,163Wh/(kg•K)•35K

Q=2035,25Wh

Zur Erwärmung wäre also die Energiemenge von rund 2000 Wh nötig. Umgerechnet auf Heizöl (10 kWh/l) oder Erdgas (10 kWh/m³) ergibt das einen Verbrauch von 0,2 Liter Heizöl oder 0,2 Kubikmetern Erdgas. Eine Entscheidung für das Erwärmungssystem, also Durchfluss oder Speicher, ist für diesen Ansatz unerheblich.

Dieser tägliche Verbrauch von 50 Litern an 45-gradigem Warmwasser kann für den normierten Verbraucher in Deutschland angesetzt werden.

An den physikalischen Gesetzen für den Vorgang der Trinkwassererwärmung kann im Ergebnis von den oben genannten 2000 Wh also nicht gerüttelt werden. Warum also das „Wie?“ überhaupt noch diskutieren?

Machen wir es uns halt warm und widmen wir uns genialen, anderen Gedanken und Problemen. Aber das „Wie“ ist natürlich interessant.

Black Box als Experiment

Wenn ich nur unter Dusche stehe und das warme Wasser genieße, dann kann ich den Zeitpunkt der Warmwassererwärmung nicht mehr erfühlen. Wird es in einem Durchlauferhitzer (Fall 1) erwärmt, oder ist es bereits vor einigen Stunden im Speicher und durch den Heizkessel im Keller erzeugt worden (Fall 2)? Oder hat eine thermische Solaranlage diese Wärmemenge zur Verfügung gestellt und der Anlagenmechaniker hat einen entsprechend sinnvoll dimensionierten Solarspeicher im Keller platziert (Fall 3)? Das warme Wasser wird also gewissermaßen in einer mir nicht bekannten Einrichtung (Black Box) erzeugt.

Fall 1 der Black Box: Durchlauferhitzer elektrisch

Der elektrische Durchlauferhitzer könnte mich in meinem Luxuswahn verwöhnen. Sobald ich das warme Wasser zapfe, wird es auch zeitgleich erzeugt. Das Wasser wird an elektrischen Widerständen entlanggeführt und dadurch erwärmt. Dazu braucht der Durchlauferhitzer einiges an Leistung. Meist beträgt diese 24 Kilowatt. Damit schafft dieser Knecht rund 10 Liter pro Minute oder rund 0,16 Liter pro Sekunde, wohlgemerkt, warmes Trinkwasser mit 45 °C. Für 50 Liter brauchte der Durchlauferhitzer gute 5 Minuten.

Ein Störfall lässt mich dann doch zusammenzucken. Irgendjemand zapft anscheinend warmes Wasser in der Küche und mein Duschwasser kühlt sich schlagartig ab. Ich drehe den Einhebelmischer in Richtung roten Pfeil, um ihn kurz darauf wieder zurückzudrehen. Erst kam es knüppelkalt, dann ätzend heiß. Ich denke über eine Thermostatbatterie nach.

Fall 2 der Black Box: Kessel und Speicher

Das warme Wasser könnte direkt aus dem 200-Liter-Speicher angeströmt kommen. Dort wurde es in einer Heizpause letzte Nacht erzeugt. Der Kessel ist mit voller Leistung von 10 kW rangegangen und hat den Speicher mal wieder durchgeheizt. Danach hat er sich erneut seiner regulären Arbeit, der Gebäudebeheizung, gewidmet. Für 50 Liter brauchte der Kessel 12 Minuten.

Die Tatsache, dass nebenan an weiteren Zapfstellen ebenfalls warmes Wasser gezapft wird, merke ich in meinem Duschtempel nicht. Das Reservoir von 200 Litern im Speicher ist entsprechend groß und sorgt für eine komfortable Entnahme.

Fall 3 der Black Box: Solaranlage und bivalenter Speicher

Das warme Wasser könnte auch direkt aus einem 400-Liter-Speicher angerauscht kommen. Erwärmt wurde es zum Teil gestern. Die 6 Quadratmeter Flachkollektoren lieferten durchschnittlich 2,5 Kilowatt an thermischer Leistung über einen Zeitraum von insgesamt 6 Stunden des Tages. Die solare Ernte betrug daher 6 h x 2,5 kW also 15 kWh. Die Energiemenge aus Solarenergie würde für ca. 7 Duschbäder ausreichen. Und wenn die Sonne mal nicht will, wie ich wohl will, heizt ein Kessel den bivalenten Speicher im oberen Drittel des Behälters auf.

Dass nebenan ebenfalls warmes Wasser gezapft wird, merke ich natürlich auch in diesem System nicht. Komfortable 400 Liter Speichervolumen lassen mich entspannt duschen.

Sinn dieses Experiments

Als Verbraucher von Warmwasser ist für mich nicht unbedingt nachvollziehbar, wie es erwärmt wurde. Wichtig ist für mich in erster Linie „Et läuft“.

Im ersten Fall mit dem Durchlauferhitzer wurde eine recht hohe Leistung von 24 kW benötigt, um gerade noch akzeptable Warmwassermengen zu erhalten. Schon eine weitere geöffnete Zapfstelle zwang das System in die Knie. Dafür erhalte ich es aber frisch gezapft. War es eben noch im System des Trinkwasserversorgers, plätschert es jetzt schon temperiert aus meinem Duschkopf. Legionellen oder andere Ärgernisse sollten also kein Thema sein. Die Hygiene ist daher als unproblematisch zu bezeichnen.

Im zweiten Fall mit Kessel und Speicher konnte mit relativ geringer Leistung (10 kW) ein absolut komfortables Zapfverhalten erreicht werden. Auch Komfortminderung durch weitere zugeschaltete Verbraucher sind nicht zu befürchten. Die Hygiene des gespeicherten Wassers muss durch geeignete Maßnahmen aufrechterhalten werden. Die dafür zweckmäßigen Techniken wie Zirkulationsleitung, Temperaturhaltung und Ähnliches sind bekannt und wirksam.

Im dritten Fall geht eine sehr geringe Leistung an den Start und schafft über einen langen Zeitraum das, was andere sehr schnell erledigt hätten. Dafür gibt’s die Sonnenenergie fast gratis. Komfort ist ebenfalls gegeben. Für Hygiene muss zwar ein etwas höherer Aufwand betrieben werden als im Fall 2, aber das lässt sich in den anlagenmechanischen Griff kriegen.

Gibt´s den kühlen Warmblüter?

Was, wenn mit geringer und vielleicht unsteter Leistung Trinkwasser erwärmt werden soll? Und was, wenn man nur kleine Mengen an Trinkwasser auf Vorrat erwärmen möchte, um dadurch hygienisch unbedenkliche Mengen an stagnierendem Wasser zu erhalten? Das wäre dann der „kühle Warmblüter“, zum Sprung bereit, aber nicht auf hohe Momentanleistung angewiesen. Gibt’s diesen Mutanten?

Wenn das in einer Fachzeitschrift gefragt wird, dann heißt die Antwort meistens „Ja“. Der Trick wird verwirklicht im Kombispeicher. Der Speicher selbst beinhaltet ein sinnvolles Volumen an Heizungswasser. Genug, um beispielsweise zwei oder drei Tage Solarernte aufzunehmen. Zur eigentlichen Trinkwassererwärmung kommt es jedoch erst während des Zapfens. Dazu sind durch diesen Behälter mit seinem abgestandenen Heizungswasser entsprechende Metallwellrohre gezogen, durch die im Inneren das Trinkwasser fließt, sobald gezapft wird. Das Trinkwasser erwärmt sich im gespeicherten Heizungswasser auf dem Weg durch den Speicher. Die stagnierende Wassermenge beschränkt sich auf die paar Liter innerhalb der Rohrleitungen und erreicht selten mehr als 30 Liter. In diesem System könnte also die Solaranlage das Heizungswasservolumen des Speichers erwärmen. Das Volumen des Speichers müsste nicht aus hygienischen Gründen klein gehalten werden, da das eigentliche Trinkwasservolumen in diesem Speicher bescheiden gering bliebe.