Ein Gebot der Effizienz

Im Badezimmer, für die Waschmaschine, den Geschirrspüler, im Garten: Jeder Deutsche verbraucht durchschnittlich rund 120 Liter Wasser am Tag. Davon wird rund ein Drittel erwärmt, gemeinhin als Warmwasser oder Brauchwasser bezeichnet.

Früher war die Wärmeversorgung 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.

Mehr Optionen für den Eigenverbrauch

Mit Ökostrom von Wind und Sonne öffnet sich ein völlig neues Einsatzfeld, das bisher nur als Nische existierte: Warmwasser mit Strom zu erzeugen. Hier geht es nicht um die Wärmepumpe, die einen Warmwasserspeicher thermisch belädt. Diese Technik ist im Markt angekommen, sie hat sich sogar gegen die Solarthermie durchgesetzt.

Sondern es geht um die Direktnutzung von Solarstrom für Warmwasser. Denn der Bedarf an Warmwasser ist übers Jahr annähernd gleich, während sich der Bedarf für Raumwärme auf die Heizperiode beschränkt. Deshalb ist die Warmwasserbereitung mit Sonnenstrom in mehrfacher Hinsicht wirtschaftlich und sinnvoll:

• Sie erhöht den Eigenverbrauch des Sonnenstroms und minimiert die Einspeisung von Überschüssen ins Netz.
• Sie erlaubt die Autarkie des Solargenerators vom Netz.
• Sie entlastet die klassische Technik zur Warmwasserbereitung und lässt sich sehr einfach nachrüsten.

Der einfachste Weg ist der bekannte Elektroheizstab, auch als Heizschwert bezeichnet. Er wird über einen freien Anschlussflansch in den Warmwasserspeicher eingeführt und setzt überschüssigen Solarstrom in Wärme um.

Meist sitzt er oben im Speicher, um möglichst schnell hohe Temperaturen für die Zapfstelle bereitzustellen. Oder die Aufheizung des Speichervolumens auf mehr als 70 Grad Celsius zu stemmen, um den Legionellenschutz sicherzustellen.

Abgestuft oder modulierend

Heizstäbe für Pufferspeicher oder Warmwasserspeicher gibt es mit abgestuften elektrischen Leistungen ab wenigen Kilowatt, nach oben offen. Einige Stadtwerke sind bereits dazu übergegangen, Heizstäbe mit einigen Megawatt elektrischer Leistung in ihre Fernwärmesysteme einzubauen. Das gehört zwar nicht direkt zu unserem Thema, zeigt aber, dass es nach oben im Grunde genommen keine 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 gewünschte Wärme ins Trinkwasser zu bringen.

Speicher stellen stagnierende Wasserreservoire dar, in denen sich Keime entwickeln können. 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 für Warmwasser eigentlich benötigt. Denn an der Zapfstelle genügen 44 Grad Celsius völlig, wenn nicht sogar weniger. 44 Grad Celsius braucht man, um Fett in der Küchenspüle zu lösen. Im Bad oder der Dusche reichen 35 Grad Celsius durchaus.

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 die Energieverschwendung eine Wasserverschwendung tritt. Zudem besteht die Gefahr von Verbrühungen, weil die Tochter oder der Sohn zufällig den Wasserhahn aufdrehen, aus dem Heißwasser schießt.

Elektrische Heizstäbe brauchen keine Wartung, zumindest nicht mehr als der Speicher selbst, in dem sie stecken. Das einzige Problem ist die schleichende Verkalkung, die alle hydraulischen Systeme bedroht.

Warmwasser und Heizung trennen

Entscheidend ist die Steuerung der Heizstäbe. Sie kann über einen potenzialfreien Kontakt am Wechselrichter erfolgen, der den Stab zuschaltet oder aus der Versorgung nimmt. Es gibt Systeme, die über das Energiemanagementsystem eingebunden werden oder mit einem Sensor am Hauszähler. Sobald der Hauszähler eine Überschusseinspeisung meldet, wird der Heizstab aktiviert.

Generell sollte man heutzutage die Warmwasserbereitung von der Versorgung mit Raumwärme trennen. Heizwasser darf ohnehin 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 und umsetzen. Auch dabei ist elektrischer Strom im Vorteil, weil man elektrische Ströme leichter planen kann und die Verkabelung sich einfacher installieren lässt als eine hydraulische Verrohrung mit Zirkulationspumpen und Dichtungen.

Mit den Stromspeichern rücken die elektrischen Durchlauferhitzer stärker ins Blickfeld. In den vergangenen Jahren gab es in der Heizungstechnik bereits den eindeutigen Trend, Warmwasser nicht mehr zu speichern. In modernen Versorgungskonzepten wird es durch Frischwasserstationen bereitet, die vom thermischen Pufferspeicher mit Wärme versorgt werden.

Durchlauferhitzer auf dem Vormarsch

Dann entfällt die Speicherung des Warmwassers und somit der energetisch teure Legionellenschutz. Allerdings sind lange Rohrwege nötig, um das Warmwasser zu den Zapfstellen zu bringen. Denn der Pufferspeicher steht meistens beim Kessel im Keller oder im ebenerdigen Haustechnikraum.

Elektrische Durchflusserhitzer nutzen dasselbe Prinzip, nur dass sie ihre Wärme aus elektrischen Heizwendeln beziehen, nach dem Vorbild des guten, alten Tauchsieders. „Die Warmwasserbereitung ist nach der Heizung der zweitgrößte Posten beim Energieverbrauch eines Haushalts“, sagt Jörg Gördes von der Initiative Wärme Plus, einem Zusammenschluss von Unternehmen, die elektrische Heiztechnik anbieten. „Demzufolge liegen hier große Einsparpotenziale, die sich häufig durch die Umstellung auf eine nahezu verlustfreie dezentrale Warmwasserversorgung mit elektronischen Durchlauferhitzern ausschöpfen lassen.“

Im Gegensatz zu einer zentralen Warmwasserversorgung erhitzen sie nur die tatsächlich benötigte Wassermenge direkt an der Zapfstelle auf die gewünschte Temperatur. Hohe Energieverluste durch lange Leitungswege entfallen.

Nur so viel Warmwasser wie benötigt

Doch für welchen Zweck ist welcher Durchlauferhitzer geeignet? Welche Lösung ist für Wohnungen ideal, welche für ein Einfamilienhaus über mehrere Etagen? Auf ihrer Website erläutert die Initiative Wärme Plus sehr anschaulich, wann sich solche Geräte lohnen. Und worauf es bei der Auswahl eines elektronischen Durchlauferhitzers ankommt.

Um die Vorteile der Durchlauferhitzer optimal zu nutzen, muss der Installateur ihre Größe und elektrische Leistung an den Bedarf anpassen. Das ist das kleine Einmaleins der Elektrotechnik und Sanitärtechnik. Faktisch gibt es für jede Zapfstelle das passende Gerät.

Eine oder mehrere Zapfstellen

Größere Durchlauferhitzer eignen sich für die Versorgung mehrerer Zapfstellen, zum Beispiel Badewanne, Dusche und Handwaschbecken in einem Badezimmer. In kleinen Wohnungen kann ein solches Gerät auch den gesamten Warmwasserbedarf im Haushalt abdecken, wenn Küche und Badezimmer nahe beieinander liegen. Generell sind sie dort sinnvoll, wo eine große Menge an Warmwasser gewünscht ist. Größere Durchlauferhitzer mit entsprechend hohen Schüttleistungen haben eine elektrische Leistung zwischen 18 und 27 Kilowatt. Das sind eher gewerbliche Anwendungen mit hohem Warmwasserdurchsatz.

Bei Zapfstellen, an denen der Warmwasserbedarf geringer ist, dennoch aber eine hohe Temperatur erreicht werden soll, kommen die sogenannten Kompakt-Durchlauferhitzer mit einer elektrischen Leistung zwischen elf und 13,5 Kilowatt infrage. Sie eignen sich für die Küchenspüle oder das Handwaschbecken. Durch ihre platzsparende Bauform finden Kompakt-Durchlauferhitzer auch an engen Stellen wie im Unterschrank unter der Spüle Platz.

Den Stromspeicher auslegen

Geräte mit einer Leistung von nur 3,5 bis 6,5 Kilowatt bezeichnet man als Klein- oder Mini-Durchlauferhitzer. Diese kleinen Geräte sind immer dann sinnvoll, wenn nur eine einzige Zapfstelle energieeffizient und wassersparend zu versorgen ist. Die Geräte liefern warmes Wasser beispielsweise für das Handwaschbecken im Gäste-Bad oder im Büro. Sie sind so klein, dass sie problemlos unter dem Waschbecken montiert werden und nahezu unsichtbar sind.

Leistung aus der Solarbatterie

Diese elektrische Leistung kann ein kleiner Heimspeicher aufbringen. Deshalb wird es künftig in nahezu autarken Versorgungssystemen darum gehen, den Stromspeicher auf solche Anwendungen auszulegen. Mit fallenden Preisen für Lithiumzellen wird es kein Problem sein, den Stromspeicher größer auszulegen, um ausreichend Leistung für die Durchlauferhitzer anzubieten. Denn der Solargenerator auf dem Dach ist damit sehr schnell überfordert.

Durchlauferhitzer reduzieren nicht nur den Verbrauch an Energie und Wasser. Dank der intelligenten Technik steigern sie den Komfort. Bei vielen Modellen gehört die Fernbedienung zur gradgenauen Einstellung der gewünschten Wassertemperatur bereits zur Grundausstattung. Inzwischen kann der Wechsel der eingestellten Temperatur sogar per Smartphone oder Tablet via WLAN oder Bluetooth erfolgen.

Der Durchlauferhitzer macht Musik

Viele Geräte können individuelle Temperaturen speichern. Über die smarte Technologie lässt sich zum Beispiel die bevorzugte Temperatur des Duschwassers einstellen, für jedes Mitglied der Familie extra.

Die Technik geht inzwischen so weit, dass manche Geräte übers Internet Musikdateien oder Radio aus integrierten Lautsprechern abspielen. Auch der Verbrauch von Wasser und Energie lässt sich auf dem Display oder dem mobilen Endgerät anzeigen. Auf diese Weise ist es jederzeit möglich, die Kosten zu kontrollieren.

Einheitliches Energielabel

Seit Ende September gibt es auch für Durchlauferhitzer ein europaweit einheitliches Energielabel. Aufgrund ihrer guten Effizienz erreichen die elektronischen Modelle problemlos die beste Klasse A. „Bei der Auswahl eines passenden Durchlauferhitzers sollten Verbraucher und Installateure aber nicht nur auf die Energieeffizienzklasse achten“, empfiehlt Jörg Gerdes. „Denn auch innerhalb einer Klasse gibt es deutliche Unterschiede.“

Innerhalb der Effizienzklasse A lassen sich beispielsweise bei Einsatz von elektronisch geregelten Durchlauferhitzern bis zu 30 Prozent Energie gegenüber alten hydraulischen Geräten einsparen.

Tipps zur Auslegung und Installation

Das Wasser im Durchlauferhitzer wird von einem Blankdraht-Heizsystem erwärmt. Ein Mikroprozessor sorgt dafür, dass die gewählte Wassertemperatur gradgenau eingehalten wird. Die Heizleistung des Durchlauferhitzers bestimmt die zur Verfügung stehende Warmwassermenge. In der Praxis werden häufig Wohnungen oder Bäder mit einem Gerät versorgt. Die Geräte sind relativ kompakt gebaut und quasi überall installierbar. Sie werden mit Drehstrom betrieben (Nennleistung: 18, 21, 24 und 27 Kilowatt). Die Installation muss durch einen Elektrofachmann erfolgen.

Je höher die Heizleistung, desto mehr Wasser kann auf eine gewünschte Temperatur erwärmt werden. Will man Duschwasser auf 38 Grad Celsius erwärmen, gilt diese Faustformel: Die halbe Leistung in Kilowatt entspricht ungefähr der Schüttleistung in Liter Warmwasser pro Minute.

Hydraulische Durchlauferhitzer schalten bei einem bestimmten Wasserfließdruck immer die volle Heizleistung ein. Bei Druckschwankungen kommt es zwangsläufig zu unangenehmen Wechselduschen. Besser und effizienter arbeiten elektronische Durchlauferhitzer, die mit Mikroprozessoren ausgestattet sind und ständig die Heizleistung in Abhängigkeit von Sollwert, Durchflussmenge und Zulauftemperatur regeln. Ergebnis: Druckschwankungen im Wassernetz und wechselnde Einlauftemperaturen werden direkt ausgeglichen, die Auslauftemperatur bleibt gradgenau konstant.

Die dezentrale Warmwasserbereitung mit elektronischen Durchlauferhitzern erhöht in Verbindung mit Wärmepumpen nachhaltig die Systemeffizienz. Grund: Die Erzeugung von hohen Temperaturen für die Warmwasserbereitung kann die Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe bei hohen Anforderungen an Temperatur und Menge verringern.

Wird gleichzeitig in die dezentrale Warmwasserversorgung mit elektronischen Durchlauferhitzern investiert, amortisiert sich diese Ausstattung durch eine kleinere Dimensionierung und eine höhere Effizienz der Wärmepumpe relativ schnell.

Elektronische Durchlauferhitzer gibt es in unterschiedlichen Ausstattungsstufen. Gute Geräte haben diese Ausstattung:

• Digitalanzeige (Temperatur, Durchflussmenge, Energieverbrauch, Uhrzeit, Kosten)
• Funk-Fernbedienung
• Eco-Taste und einstellbare Wellness-Duschprogramme
• Einstellung von unterschiedlichen Wunschtemperaturen
• Sicherheitsfunktionen wie Temperaturwarnblinker, Verbrühungsschutz und Kindersicherung.

Zusammenschluss führender Systemanbieter

Mit einem umfassenden Informationsservice 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.

www.waerme-plus.de

Den Strom vom Dach veredeln

Die Firma Rennergy Systems aus dem Allgäu bietet PV-Heiz, eine Systemlösung für Sonnenstrom und Wärmepumpe. Damit lässt sich überschüssiger Sonnenstrom nahezu vollständig zur Wärmeversorgung nutzen. Das System basiert auf einem intelligenten Energiemanager, den Rennergy selbst entwickelt hat. Es ist in zwei Ausführungen erhältlich. Q-Hybrid Solo deckt den Energiebedarf im Wohnhaus oder Gewerbegebäude vollständig ab. Die Duo-Version ist für die Nachrüstung und Modernisierung aller Gebäudearten geeignet.

PV-Heiz Q-Hybrid Solo ist ein Komplettsystem, das der Installateur vorkonfektioniert und anschlussfertig geliefert bekommt. Neben der Photovoltaikanlage gehören dazu der Energiemanager, die Wärmepumpe und der integrierte Heizstab für die schnelle Aufheizung des Pufferspeichers. Zunächst wird der Sonnenstrom direkt an verbrauchsintensive Geräte im Haus geliefert, die mit Funksteckdosen angesteuert werden. Liefert die Anlage auf dem Dach mehr Energie, wird mit dem Überschuss zuerst die Wärmepumpe betrieben. Weitere Überschüsse lassen sich mittels Heizstab in Wärme wandeln. Auf diese Weise sind hohe Temperaturen bis 90 Grad Celsius möglich.

Für die Modernisierung bietet Rennergy das System PV-Heiz Hybrid Duo. Dabei lässt sich der bestehende Kessel weiter als Spitzenlastkessel nutzen. Viele Kunden haben eine Gastherme oder einen Ölkessel, die zwar in die Jahre gekommen, aber unverwüstlich sind und bestimmt noch einige Jahre laufen. Deshalb wird das Gebäude energetisch saniert und hydraulisch vorbereitet, sodass PV-Heiz die Energieversorgung übernehmen kann. Nur an besonders kalten Tagen springt der alte Kessel noch einmal an, als unterstützende Zuheizung.

Die Systeme leisten zwischen fünf und 14 Kilowatt thermisch. Die Wärmepumpe von Mitsubishi wird mit fünf, acht, elf und 14 Kilowatt Nennleistung geliefert. Bei großen Gebäuden können bis zu vier Wärmepumpen als Kaskade geschaltet werden. Somit sind Heizleistungen von bis zu 56 Kilowatt realisierbar.

Integriert ins Paket ist ein handelsüblicher Heizstab, der als modulierende Heizeinheit den gesamten Pufferspeicher auf bis zu 90 Grad Celsius aufheizen kann. Die Wärmepumpe braucht immer etwas Anlauf, bevor sie den Speicher auf Temperatur gebracht hat. Warmwasser wird über Frischwasserstationen am Pufferspeicher bereitet, im Durchflussprinzip.

www.rennergy.de

Stromhamster nutzt Sonnenstrom zum Heizen

Der Stromhamster von Solarinvert besteht aus Sensortechnik, dem Energiemanagement mit Online-Monitoring und einer Leistungseinheit, die alle Anforderungen hinsichtlich EMV und Netzrückkopplung erfüllt.

Er wird wahlweise mit einem Vorschaltboiler (sechs Kilowatt) oder einem Heizstab gleicher Leistung ausgeliefert, der mit einem Pufferspeicher kombiniert werden kann. Das integrierte Energiemanagement ermittelt die Differenz zwischen der Stromerzeugung und dem Verbrauch im Haus. Es führt überschüssige Energie zuerst ausgewählten Verbrauchern und anschließend der Warmwasseraufbereitung über den Vorschaltboiler oder den Heizstab stufenlos zu.

Durch die vollmodulierende Leistungsübertragung wird die Wärmeerzeugung genau auf die verfügbare Energie abgestimmt. Das Solarheizkraftwerk (SHKW) ist gleichzeitig für die Brauchwassererwärmung als auch zur Heizungsunterstützung einsetzbar.

Der Stromhamster reagiert sehr schnell. Bei sich ändernder Einstrahlung regelt der Stromhamster seine Leistungseinheit (Power Unit) innerhalb von Sekundenbruchteilen und vermeidet ungewollten Netzbezug. Der Stromhamster bietet sich auch als Nachrüstprodukt für bestehende Photovoltaikanlagen an.

Über eine RS485-Schnittstelle werden via Internet die notwendigen Informationen zwischen Energieversorgern und Hausnetz ausgetauscht. Auf Anforderung stellt der Stromhamster die aktuell abrufbare Leistung und Speicherkapazität zur Aufnahme von Regelenergie zur Verfügung und trägt somit zur Netzentlastung bei.

www.stromhamster.com

Wärmepumpen für Warmwasser

• Rund zwei Dutzend Anbieter,
• elektrische und thermische Leistungsdaten,
• Abmessungen und Gewicht,
• integrierte Brauchwasserspeicher,
• weiterführende Webseiten,
• alle Daten in Excel sortierbar.

https://www.photovoltaik.eu/dossiers-specials