Innerhalb weniger Jahre ist die Sektorkopplung beim Trinkwasser angekommen, mittlerweile – zumindest im Neubau – sogar zum Standard geworden. Entweder wird der Sonnenstrom über eine Warmwasser-Wärmepumpe genutzt, um warmes Trinkwasser zu bereiten. Oder er wird direkt in den Wasserspeicher geführt, über einen einphasigen oder dreiphasigen Heizstab. Es liegt auf der Hand, dass beispielsweise Brennstoffzellen diese Technik gleichfalls nutzen werden, um elektrischen Strom in Form von Wärme zu nutzen.
Der Abschied von der klassischen Feuerungstechnik steht auf der Tagesordnung, und er kommt sehr schnell. Lediglich im Sanierungsgeschäft haben Gasbrenner oder Ölbrenner noch eine gewisse Schonfrist.
Der Aufwand sinkt
Der Kunde kann davon nur profitieren. Denn der technische Gesamtaufwand, um warmes Trinkwasser auf energiesparende und hygienische Weise zu erzeugen, sinkt gewaltig.
Dabei ist es vor allem der Warmwasserbedarf, der die Gebäudeplaner vor große Herausforderungen stellt. In Deutschland liegt die Messlatte sehr hoch, die Kunden der Planer und Architekten sind verwöhnt: Der durchschnittliche Verbrauch liegt bei rund 120 Litern Trinkwasser – pro Tag! Davon wird rund ein Drittel erwärmt, gemeinhin als Warmwasser oder Brauchwasser bezeichnet.
45 Grad Celsius reichen aus
Früher war die Heizwärmeversorgung der Räume oft mit der Warmwassertechnik gekoppelt. Dann heizte der Gaskessel auch den Speicher für warmes Trinkwasser mit. Die Folge: Den größten Teil des Jahres lief der Kessel bei geringer Teillast, taktete oft, was Verschleiß, höhere Wartungskosten und steigende Emissionen zur Folge hatte. Und: Gastechnik ist gefährlich, eine explosive Sache, das weiß jedes Kind. Zudem war ihr Einsatz stets mit unangenehmen Gerüchen und schlechter Qualität der Raumluft verbunden.
Die elektrische Bereitung von Warmwasser ist hingegen viel effizienter. Niemand wendet mehr fast 1.000 Grad Celsius aus dem Brenner auf, um das Trinkwasser auf, sagen wir, 50 Grad Celsius zu bringen. Mehr braucht es nicht, denn in der Küchenspüle reichen 45 Grad Celsius völlig aus, um auch hartnäckiges Speisefett zu lösen.
Mit elektrischem Strom lässt sich die Erwärmung des Wassers viel einfacher und effizienter steuern. Hat der Trinkwasserspeicher die erforderliche Temperatur erreicht, schaltet der Heizstab ab. Überschüssiger Strom wird entweder für elektrische Verbraucher im Haus genutzt, im Solarakku gespeichert oder ins Stromnetz abgegeben. Die ganz edle Variante schließt das Elektrofahrzeug mit ein, den mobilen Stromspeicher auf vier Rädern.
Vielfache Wege zur Speicherung
Denkbar und machbar ist es, die Netzeinspeisung auf null zu fahren, indem man die Temperaturen im Wasserspeicher erhöht. Das verbessert den Schutz gegen Keime (Legionellen).
Der Elektroheizstab, auch als Heizschwert bezeichnet, wird über einen freien Anschlussflansch in den Warmwasserspeicher eingeführt und setzt dort den überschüssigen Solarstrom in Wärme um. Das Prinzip ist vom Tauchsieder bekannt.
Einphasige Heizstäbe leisten meist bis drei Kilowatt, dreiphasige bis neun Kilowatt. Stufenlose Regelung ist mittlerweile Standard, es gibt aber auch Produkte mit stufenweiser Regelung der Heizleistung.
Stufenlose Regelung als Standard
Meist sitzt der Heizstab oben im Speicher, um möglichst schnell hohe Temperaturen für die Zapfstelle bereitzustellen. Oder um den Warmwasserspeicher auf mehr als 70 Grad Celsius zu erhitzen, zum Schutz vor Legionellen.
Einige Stadtwerke sind bereits dazu übergegangen, gigantische Heizstäbe mit einigen Megawatt elektrischer Leistung in ihre Fernwärmesysteme einzubauen. Das zeigt, dass es nach oben kaum Grenzen gibt.
Die Heizstäbe sind sehr effizient, faktisch wird der gesamte Sonnenstrom in Heizenergie umgesetzt. Ein Nachteil dieser Variante liegt auf der Hand: Der Heizstab braucht einen Warmwasserspeicher, um die Wärme ins Trinkwasser zu bringen. Speicher stellen stagnierende Wasserreservoire dar, in denen sich Keime entwickeln können.
70 Grad Celsius gegen Legionellen
Deshalb schreiben die einschlägigen Normen vor, dass solche Warmwasserspeicher regelmäßig auf über 70 Grad Celsius aufzuheizen sind, um die Keime und Mikroben zu eliminieren. Das wiederum bedeutet, dass aus hygienischen Gründen mehr Energie eingesetzt werden muss, als man fürs Warmwasser eigentlich benötigt.
Denn an der Zapfstelle genügen 44 oder 45 Grad Celsius völlig, wenn nicht sogar weniger. Im Bad oder der Dusche reichen 35 Grad Celsius durchaus.
Schleichende Verkalkung beachten
Um von 70 Grad Celsius im Warmwasserspeicher auf 44 Grad Celsius oder 35 Grad Celsius zu kommen, muss die Hydraulik kaltes Wasser beimischen.
Das bedeutet, dass neben der Energie auch Wasser verschwendet wird. Zudem besteht die Gefahr von Verbrühungen, weil die Tochter oder der Sohn zufällig den Wasserhahn aufdrehen, aus dem zu heißes Wasser schießt.
Ein Vorteil: Elektrische Heizstäbe sind weitgehend wartungsfrei. Der Nachteil: Mit der Zeit verkalken sie, wie die gesamte Installation und der Speicher. Kalk verschlechtert den Energieumsatz des Heizstabs, er wirkt wie eine Dämmung. Deshalb ist in bestimmten Regionen mit hohem Kalkgehalt im Wasser eine entsprechende Entkalkung über Filterpatronen ratsam.
Entscheidend ist die Steuerung der Heizstäbe. Sie kann über einen Kontakt am Wechselrichter erfolgen, der den Stab zuschaltet oder aus der Versorgung nimmt. Neuere Systeme werden über Steuerboxen ins Energiemanagementsystem oder sogar in die Gebäudeautomation eingebunden.
Auch die Steuerung über einen Sensor am Hauszähler ist möglich. Sobald der Hauszähler eine Überschusseinspeisung meldet, wird der Heizstab aktiviert.
Generell gilt: Die Warmwasserversorgung sollte man unbedingt vom Heizsystem für die Raumwärme trennen. Ohnehin darf Heizwasser nicht mit Trinkwasser gemischt werden. Auch energetisch macht die Trennung Sinn, vor allem aus Gründen der Energieeffizienz und der Betriebskosten. Zwei getrennte Systeme lassen sich auf völlig verschiedene Anforderungsprofile von Warmwasser und Heizwärme viel genauer und den Kundenwünschen individuell angepasst planen. Auch dabei ist Strom im Vorteil, weil er sich schlichtweg leichter planen, installieren und regeln lässt.
My-PV
Warmwasserbereitung in Batteriesystem von SMA integriert
In einem Referenzprojekt in Borken hat die My-PV GmbH aus dem österreichischen Neuzeug erstmals ihr System zur elektrischen Warmwasserbereitung in ein bestehendes Batteriesystem von SMA integriert.
Durch die Installation des Systems AC Elwa-E entstand eine Anlage mit Hybridspeicherung, die den Eigenverbrauch des selbst erzeugten Stroms steigern kann. AC Elwa-E ist das jüngste Mitglied der Elwa-Produktfamilie von My-PV und ab sofort erhältlich.
Das Wechselstrommodell AC Elwa-E wurde speziell für Smart-Home-Systeme mit Batteriespeicher entwickelt. Das Heizelement ist von null bis drei Kilowatt stufenlos regelbar und passt seine Leistung im Sekundentakt dem Stromüberschuss an. Der Heizstab wird über Ethernet ins Gebäudemanagement eingebunden. Im Stand-by verbraucht er weniger als 1,5 Watt.
SMA-Mitarbeiter Manuel März war Beta-Tester der Lösung. Eine netzgekoppelte Photovoltaikanlage mit angeschlossenem Batteriespeicher versorgt sein Wohnhaus in Borken seit 2014 mit Strom. Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe übernimmt die Gebäudeheizung. Im Frühjahr 2016 hat März das System mit AC Elwa-E nachgerüstet. Ein Sunny Home Manager von SMA steuert es.
Die Photovoltaikanlage deckt im ersten Schritt den aktuellen Eigenstrombedarf und lädt im zweiten Schritt die Batterie. Der restliche Solarstrom erwärmt im dritten Schritt die Gebäudeheizung, der Pufferspeicher wirkt als thermischer Sammler für die Solarenergie vom Dach.
Fronius International
Ohmpilot schlägt Brücke zur Wärmetechnik
Der Fronius Ohmpilot ist ein Verbrauchsregler, der überschüssigen Solarstrom nutzt, um Warmwasser oder Heizwärme zu bereiten. Beispielsweise kann er einen dreiphasigen Heizstab steuern, der in Trinkwasserspeicher oder Boiler eingebaut wird. Dafür bietet der Regler auch einen Legionellenschutz an. Der Heizstab wird stufenlos bis neun Kilowatt geregelt. Die einphasige Variante des Heizstabs leistet bis zu drei Kilowatt. Weitere Anwendungen sind eine Infrarotheizung oder ein Handtuchtrockner. Wird der Heizstab in einen Heizungspufferspeicher integriert, kann man damit auch die Wärmebereitung aus Gasthermen oder Wärmepumpen unterstützen.
Die Steuerung lässt sich ohne Weiteres in die Hausautomation (Loxone) integrieren. Die Installation und Inbetriebnahme sind sehr einfach. Letztere erfolgt über die eigene Website sowie mit Anbindung über WLAN. Gleichzeitig schont der Fronius Ohmpilot durch die saubere und störfreie Ansteuerung der Verbraucher das Stromnetz. Er ist mit allen Fronius-Wechselrichtern kompatibel. Voraussetzung zur Nutzung ist ein Fronius Datamanager 2.0 sowie ein Fronius Smart Meter. Bei den Wechselrichtern Fronius Symo, Fronius Primo, Fronius Galvo und Fronius Eco ist der Fronius Datamanager standardmäßig integriert. In bereits installierten Wechselrichtern kann sowohl der Datamanager als auch der Smart Meter jederzeit nachgerüstet werden.
Initiative Wärme Plus
Zusammenschluss führender Systemanbieter
Für viele Hausbesitzer stehen in den kommenden Jahren Investitionen in eine zeitgemäße Hauswärmetechnik an. Mit einem umfassenden Informations- und Serviceangebot klärt die Initiative Wärme Plus darüber auf, wie eine effiziente Anlagentechnik zu einer intelligenteren Energienutzung in Haus und Wohnung beitragen kann. Dabei geht es um innovative Lösungen wie die Wärmepumpe, die dezentrale Warmwasserbereitung mit elektronischen Durchlauferhitzern, die elektrische Fußbodenheizung und die Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung. Zu den Mitgliedern der Initiative zählen die Unternehmen AEG Haustechnik, Clage, Devi, Dimplex, Stiebel Eltron und Vaillant sowie der Zentralverband Elektrotechnik und Elektronikindustrie (ZVEI) und die HEA Fachgemeinschaft für effiziente Energieanwendung.
Ein Rechner auf der Website zeigt, wann sich der Austausch eines hydraulischen Durchlauferhitzers gegen ein elektrisches Gerät lohnt.
Senec
Kompaktbox steuert Heizstäbe
Der Leipziger Speicherhersteller Senec hat im Sommer sein Angebot an Zusatzkomponenten erweitert: Senec Heat ist eine Kompaktbox zur Steuerung von Heizstäben. Im Zusammenspiel mit Heim- oder Gewerbespeichern kann sie überschüssigen Solarstrom oder Strom aus einem BHKW beziehungsweise einer Brennstoffzelle zur Warmwasserbereitung nutzen. In Zeiten hoher Stromproduktion, geringem Verbrauch und voller Stromspeicher ergänzt dieses Gerät den Eigenverbrauch, indem die Energie in einen Warmwasserspeicher eingelagert wird.
Senec Heat ist geeignet für alle Kunden mit Senec-Speichern, die einen Warmwasserspeicher oder einen Heizungspufferspeicher mit Wärmepumpe besitzen. Der Speicher muss einen freien Anschlussflansch für den Heizstab haben. Aufgrund der einfachen Wandmontage und der kompakten Größe lässt sich das Steuergerät Senec Heat leicht nachrüsten.
Da die meisten Heizstäbe eine interne Temperaturabschaltung besitzen, ist der Betrieb in diesen Fällen sofort und ohne externe Temperatursensoren möglich. Außerdem ist die Verteilung des erzeugten Stroms auf Strom- und Wärmespeicher individuell konfigurierbar.
Die intelligente Heizstabsteuerung bietet darüber hinaus Überstrom- sowie Überspannungsschutz und lässt sich im erweiterten Online-Monitoring mobil überwachen.
Dass Warmwasser in hoher hygienischer Qualität und energiesparend erzeugt werden kann, spricht für die elektrische Bereitstellung – mit Heizstäben, kleinen Wärmepumpen, Boilern oder Durchlauferhitzern.
