Wärme nach Maß

Warmes Wasser aus der Leitung: sofort, zu jeder Tageszeit und in nahezu beliebigen Mengen – hoher Warmwasserkomfort ist heute in den meisten Haushalten selbstverständlich. Für die Trinkwassererwärmung haben sich Speicher-Wassererwärmer allgemein durchgesetzt. Sie ermöglichen große Zapfraten bei geringen Bereitschaftsverlusten und bieten so Komfort sowie Wirtschaftlichkeit. Ob Etagenwohnung, Ein- oder Mehrfamilienhaus, Hotel oder ein gewerblich genutztes Gebäude – für praktisch alle Einsatzbedingungen stehen geeignete Speicherbehälter zur Verfügung.

Neben der effizienten Warmwasserbereitung wird von Speichersystemen auch erwartet, dass sich das daraus entnommene Trinkwasser stets in einwandfreiem hygienischen Zustand befindet. Da Wasser grundsätzlich ein korrosives Medium ist, kommt dem Korrosionsschutz von Speichersystemen eine besondere Bedeutung zu. Deshalb werden für Speicher-Wassererwärmer im Wesentlichen emaillierte Stahlbehälter mit kathodischem Korrosionsschutz oder Behälter aus rostfreiem Edelstahl eingesetzt.

Speicherbehälter mit Emaillierung erfüllen die Anforderungen an wirtschaftliche und hygienische Trinkwassererwärmung. Die Emaillierung verhält sich chemisch neutral, ist lebensmittelecht und sie schützt den Speicher sicher und anhaltend vor Korrosion. Eine Magnesiumanode, die zum Lieferumfang gehört, oder eine wartungsfreie Fremdstrom­anode (Zubehör) unterstützen den Korro­sionsschutz der Oberflächen.

Speicherbehälter aus rostfreiem Edelstahl stellen die hygienisch beste Lösung dar. Nicht umsonst wird Edelstahl auch in Küchen, Labors, Krankenhäusern und der Lebensmittelindustrie verwendet. Edelstahl rostfrei ist ein Werkstoff mit herausragenden Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit und Zähigkeit, Lebensmittelechtheit und Säurebeständigkeit. Die Oberfläche des Speicherbehälters bleibt somit auch nach langjährigem Gebrauch hygienisch einwandfrei.

Neben einer Differenzierung nach den verwendeten Werkstoffen für den Speicherbehälter können Speichersysteme in direkt und indirekt beheizte Speicher unterschieden werden. Die indirekt beheizten Speicher können wiederum eingeteilt werden in:

• Speicher mit internem Wärmetauscher (Speicher-Wassererwärmer)
• Speicher mit externem Speicherlade­system

Varianten bei den Speicher-Wassererwärmern

Direkt beheizte Trinkwasserspeicher besitzen einen eigenen Wärmeerzeuger, der zum Beispiel mit Strom oder Gas betrieben wird und ausschließlich zur Wassererwärmung dient. Kleinspeicher bis etwa 20l Fassungsvermögen gehören zu dieser Art und werden wie Durchlauferhitzer dezentral in der Nähe der jeweiligen Zapfstelle installiert.

Bei indirekt beheizten Speicher-Wasser­erwärmern wird das Trinkwasser durch den Wärmeerzeuger der Heizung erwärmt. Der Wärmeerzeuger (z.B. ein Öl-, Gas-, Holz-Heizkessel oder eine Wärmepumpe) erwärmt das Heizungswasser, das über eine Speicherladepumpe zum Speicherbehälter gelangt. Dort wird die Wärme über einen Wärmetauscher an das Trinkwasser abgegeben.

Bei den meisten Heizungsanlagen werden heute jedoch Speicher mit einem im Inneren des Behälters angeordneten Wärmetauscher eingesetzt. In Bezug auf ihre Hauptbauteile gleichen sich alle Varianten dieser Speicher-Wassererwärmer. Hauptbestandteile sind in der Regel (Bild 2):

• der Speicherbehälter mit den Heizwasser-, Warm- und Kaltwasseranschlüssen,
• die darin untergebrachte Wärmetauscherwendel,
• eine gegebenenfalls vorhandene Reinigungsöffnung und
• der Außenmantel mit Wärmedämmung.

Die klassische Bauform des Speicher-Wasser­erwärmers ist der in Bild 2 dargestellte aufrecht stehende Zylinder, der üblicherweise in unmittelbarer Nähe zum Wärmeerzeuger aufgestellt wird. Liegende Speicher-Wasser­erwärmer, die unter dem Wärmeerzeuger angeordnet werden können, ermöglichen eine besonders platzsparende Lösung (Bild 3). Die Wahl für die senkrecht stehende oder die liegende Version ist vor allem von den örtlichen Verhältnissen und der Gestaltung des Heizungssystems abhängig.

Ein Speicher-Wassererwärmer ist vor allem dann erforderlich, wenn thermische Solarenergie zur Trinkwassererwärmung genutzt werden soll. Da Solaranlagen normalerweise in der Übergangszeit und im Winter nicht in der Lage sind, die gesamte Energie für die Trinkwasser­erwärmung zu liefern, muss ein zusätzlicher Wärmeerzeuger (z.B. Öl-, Gas-, Holz-Heizkessel oder Wärmepumpe) in die Anlage eingebunden werden. Deshalb werden Speicher-Wassererwärmer verwendet, in die eine zweite Wärmetauscherwendel eingebaut ist, welche die solare Wärme an das Trinkwasser überträgt. Damit der solare Wärmeertrag möglichst hoch ausfällt, muss die Temperaturdifferenz zwischen den Kollektoren und dem Speicher möglichst groß sein. Der Wärmeübertrager für die Einkopplung der solaren Wärme befindet sich deshalb im unteren Speicherbereich, da dort das kalte Trinkwasser aus der Leitung zufließt. Über die obere Wärmetauscherwendel kann das Wasser im Bedarfsfall vom Wärme­erzeuger nacherwärmt werden (Bild 4).

Speicher mit externem Speicherladesystem

Separate Speicher mit einem außerhalb des Speicherbehälters angeordneten Wärmetauscher werden vor allem bei größeren Anlagen (z.B. mit Brennwertkesseln) eingesetzt. Der Speicher besteht im Wesentlichen aus dem leeren Behälter mit den Anschlüssen für Kalt- und Warmwasser sowie für den externen Wärmetauscher, einer Reinigungsöffnung und dem Außenmantel mit der Wärmedämmung. Ein externer Plattenwärmetauscher (Bild 5) mit hoher Wärmeübertragungsleistung ermöglicht, dass die Wärme des Heizungswassers an das Trinkwasser abgegeben wird. Die bei diesem System üblichen niedrigen Rücklauftemperaturen des Heizungswassers fördern die gewünschte Kondensation bei der Nutzung der Brennwerttechnik.

Heizwasser-Pufferspeicher

Heizwasser-Pufferspeicher werden vor allem dann verwendet, wenn Wärmeerzeuger bzw. Wärmequellen genutzt werden, die nicht beliebig verfügbar sind. Dies gilt beispielsweise für Wärmepumpenanlagen, wenn Sperrzeiten der Stromversorger zu überbrücken sind, und für Solaranlagen zur Heizungsunterstützung, um die tagsüber erhaltene solare Wärme für die kühleren Abend- und Nachtstunden zu bevorraten. Pufferspeicher dienen aber auch dazu, aktuell nicht benötigte Wärme aufzunehmen, welche zum Beispiel von Scheitholzkesseln oder KWK-Systemen erzeugt wird. Das Scheitholz lässt sich in der Regel nicht fein genug dosieren, um angemessen schnell auf ­eine sinkende Wärmeabnahme reagieren zu können. Bei der Kraft-Wärme-Kopplung ermöglichen sie längere Laufzeiten und damit eine längere Stromproduktion, was entscheidend für die Wirtschaftlichkeit einer solchen Anlage ist. Darüber hinaus dienen Heizwasser-Pufferspeicher in multivalenten Anlagen üblicherweise als Schnittstelle zwischen den verschiedenen Wärmeerzeugern und Verbrauchern – sie führen die Wärmeströme zusammen und stellen die benötigte Wärme für die Gebäudebeheizung gegebenenfalls zeitversetzt wieder zur Verfügung.

In seiner einfachsten Form ist ein Heizwasser-Pufferspeicher ein geschlossener Stahlbehälter mit Wärmedämmung und Anschlüssen für Vor- und Rücklaufleitungen eines oder mehrerer Wärmeerzeuger. Zusätzlich sind üblicherweise Anschlüsse für Temperatursensoren und gegebenenfalls für einen Elektro-Heizeinsatz vorhanden. Da sie im Gegensatz zu Trinkwasserspeichern lediglich sauerstoffarmes Heizungswasser enthalten, ist keine Korrosion zu befürchten und ein entsprechender Schutz nicht erforderlich.

Vor allem für die Übertragung der Wärme aus einer Solaranlage werden Pufferspeicher mit einer internen Wärmetauscherwendel angeboten. So muss kein separater Beladekreis mit externem Plattenwärmetauscher und zusätzlicher Pumpe installiert werden, was Zeit und Kosten spart. Wie bei den bivalenten Speicher-Wassererwärmern ist die Wärmetauscherwendel im unteren Bereich angeordnet. Dort befinden sich auch die Rücklaufanschlüsse der anderen Wärmeerzeuger sowie der Wärmeverbraucher, sodass die Temperaturdifferenz zwischen Solarme­dium und Speicherinhalt möglichst groß ist. Ausführungen, die über eine Schichtladeeinrichtung verfügen (Bild 6), können je nach Betriebsbedingungen gegenüber herkömmlichen Speichern ohne Schichtladeeinrichtung den solaren Ertrag erhöhen.

Multivalente Kombispeicher

Soll nicht nur Heizwasser bevorratet, sondern zugleich auch Trinkwasser erwärmt werden, bieten sich zwei Lösungen an: Frischwassermodule oder Kombispeicher. Beide Lösungen haben den Vorteil, dass kein separater Speicher-Wassererwärmer installiert werden muss und somit auch kein Platz benötigt wird.

Frischwassermodule erwärmen das Leitungswasser über einen Plattenwärmetauscher im Durchlauf mit der Wärme aus dem Pufferspeicher. Sie werden üblicherweise in unmittelbarer Nähe zum Speicherbehälter an einer Wand montiert.

Kombispeicher sind Heizwasser-Pufferspeicher mit internem Wärmetauscher für die Übertragung solarer Wärme und einer zusätzlich integrierten Rohrwendel aus Edelstahl rostfrei für die Trinkwassererwärmung. Das durch die Edelstahlwendel fließende Leitungswasser wird vom umgebenden Heizwasser auf Solltemperatur gebracht. Im Gegensatz zu Frischwassermodulen benötigen Kombispeicher deshalb keine zusätzliche Pumpe, um das Heizwasser zu einem externen Wärmetauscher zu transportieren.

Kombispeicher wie der Vitocell 360-M sind üblicherweise als multivalente Speicher ausgeführt. So können mehrere unterschiedliche Wärmeerzeuger angeschlossen werden, beispielsweise ein Gas-Brennwertgerät und eine Wärmepumpe sowie eine thermische Solaranlage.

Kompaktgeräte mit Speicher

Die Forderungen nach besonders platzsparenden und vormontierten Systemen zur Gebäudebeheizung und Trinkwassererwärmung führten zur Entwicklung sogenannter Kompaktgeräte. Dabei handelt es sich in der Regel um Gas- oder Öl-Brennwertgeräte bzw. Wärmepumpen, die zusammen mit einem Speicher, Umwälzpumpen und Wärmetauscher sowie weiteren wichtigen Systemkomponenten eine kompakte Einheit bilden. Je nach Ausführung dient der Speicher dabei ausschließlich der Bevorratung erwärmten Trinkwassers oder als Heizwasser-Pufferspeicher. Optional sind auch ­alle für den Anschluss von Solarkollektoren erforderlichen Komponenten vorhanden.

Ein solches Kompaktgerät mit solarer Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung zeigt Bild 7. Im Vitosolar 300-F sind alle Anlagenkomponenten – wahlweise ein Gas- oder Öl-Brennwertgerät, ein 750-Liter-Kombispeicher, die komplette Verrohrung, Heizungsmischer, Hocheffizienzpumpen sowie die gemeinsame Regelung – in einer Unit vereint. Das Brennwertgerät leistet je nach Ausführung zwischen 3,8 und 35 kW. Die solare Deckungsrate beträgt in Neubauten bis 25 %, in Bestandsgebäuden mehr als 12 %. Die kompakten Abmessungen ermöglichen die Aufstellung in Räumen, die für die Installation separater Komponenten für Wärmeerzeugung, Speicherung und Verteilung zu klein sind. Darüber hinaus ist die Einbindung eines weiteren Wärmeerzeugers über die vorhandenen Anschlüsse möglich.

Zusammenfassung

Speicher-Wassererwärmer dienen im Wesentlichen der Erwärmung und Bevorratung von Trinkwasser. Heizwasser-Pufferspeicher bevorraten vor allem Wärme für die spätere Nutzung durch das Heizungssystem, als Kombispeicher erwärmen sie zudem Trinkwasser im Durchlauf. Unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich Komfort und Hygiene, insbesondere aber der Wunsch, mehrere Wärmeerzeuger und eine Solaranlage einbinden zu können, haben zu einer großen Variantenvielfalt bei Speichern geführt. Der Markt hält für alle Anwendungsfälle entsprechende Ausführungen bereit. Wichtig ist, dass die Kombination aus Wärmeerzeuger, Speicher und den weiteren Bauteilen zusammenpasst. Nur so können die Forderungen nach hoher Effizienz der gesamten Anlage und hoher Zuverlässigkeit sicher erfüllt werden. Komplettanbieter bieten hierbei den Vorteil, dass alle Komponenten aus einer Hand stammen und exakt aufeinander abgestimmt sind.

Dipl.-Ing. Wolfgang Rogatty ist bei den Viessmann-Werken als technischer Redakteur im Bereich der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit tätig, 35108 Allendorf (Eder), Telefon (0 64 52) 70-0, rgw@viessmann.com, https://www.viessmann.de/