Warmwasser aus der Steckdose

Hygienische und energetische Anforderungen sprechen dafür, Warmwasser nur bei Bedarf und elektrisch zu erzeugen. Dazu eignen sich Durchlauferhitzer, an die durchaus mehrere Zapfstellen angeschlossen sein können. Die Direkterwärmung bedarf jedoch hoher Stoßströme. Besser sind Boiler mit einem kleinen, integrierten Speicher. Ihre Leistungsaufnahme ist deutlich geringer. Als Untertischgeräte kann man sie unter den Waschtisch oder die Spüle montieren, das minimale Speichervolumen beträgt fünf Liter. Sinnvoll sind auch Wasserkocher, die oberhalb der Spüle montiert werden. Auch sie fassen fünf Liter.

Für jede Wohnung separat

Solche Warmwassergeräte benötigen nur sehr kurze Leitungen, sie brauchen keine Zirkulation. Die Bauart der Warmwasserzirkulation hat einen starken Einfluss auf die Effizienz der Anlage und die Anlagenaufwandszahl. Denn die Pumpen benötigen elektrischen Hilfsstrom. Läuft die Zirkulationspumpe im Dauerbetrieb, stimmt etwas nicht. Eine bedarfsgerechte Pumpe verbessert die Anlagenaufwandszahl beträchtlich. Sie tritt nur dann in Aktion, wenn an der Zapfstelle tatsächlich warmes Wasser abgefordert wird.

In Mehrgeschossern bietet es sich an, das Warmwasser in jeder Wohnung separat zu bereiten. Man spricht von wohnungszentralen Systemen. Herzstück ist ein einziger Boiler oder Durchlauferhitzer. Der Boiler hat 80 oder 100 Liter im Speicher. Er kann im Bad, in der Küche oder zentral im Flur hängen, um die Leitungslängen zu begrenzen.

Elektroboiler lassen sich aus Steckdosen mit 230 Volt versorgen, mit überschaubarer Leistungsaufnahme. Ein Durchlauferhitzer mit hoher Schüttleistung braucht 18 Kilowatt, also Drehstrom (400 Volt in drei Phasen), inklusive Absicherungen. Allerdings haben Durchlauferhitzer keine Wärmeverluste durch Speicherung. Das leidige Problem der Verkalkung fällt bei ihnen nur gering ins Gewicht. Jeder Millimeter Kalk auf den Heizwendeln treibt den Stromverbrauch um zehn Prozent in die Höhe.

Wird Warmwasser mit Sonnenstrom oder Solarwärme bereitet, geht die Anlagenaufwandszahl sprichwörtlich in den Keller. Aber auch an dieser Stelle gilt das Gebot der Effizienz. Beim Einsatz von solarthermischen Kollektoren sollte die solare Deckungsrate in der Warmwasserbereitung mindestens 60 Prozent erreichen. Dann bleiben der Notbrenner oder die unterstützende Wärmepumpe im Sommer abgeschaltet.

Frisches Wasser erwärmen

Meistens braucht man für die solare Trinkwasserbereitung mit thermischen Kollektoren sehr große Pufferspeicher. Nur dann kann die Hitze in den Kollektoren im Sommer gut abgeführt werden. Andernfalls stagnieren sie und werden durch Überdruck („Kochen“) geschädigt. Große Speicher lassen sich aber nicht überall aufbauen. Entscheidend ist das Kippmaß, um sie durch die Kellertür zu bugsieren.

Neuerdings gewinnt die Technik der Frischwassererwärmung an Bedeutung. Sie kombiniert einen hydraulischen Durchlauferhitzer mit einem Pufferspeicher, von dem der Kreislauf des Trinkwassers jedoch getrennt ist. Über einen Wärmetauscher stellt der Pufferspeicher lediglich die Wärme für das Warmwasser bereit. Das Trinkwasser wird bei Bedarf durch den Plattenwärmetauscher der Frischwasserstation gepumpt und dabei auf die erforderliche Temperatur gebracht.

In den Speichern oder in langen Rohrleitungen kann es passieren, dass warmes Wasser lange steht, ohne zu zirkulieren. Dann bildet es ideale Brutstätten für Keime und Mikroben, darunter die gefürchteten Legionellen.

Deshalb ist in den technischen Vorschriften festgelegt, dass Warmwassersysteme ab einem bestimmten Stagnationsvolumen regelmäßig auf 65 Grad Celsius aufgeheizt werden müssen, um die Keime abzutöten. Für dezentrale, elektrische Durchlauferhitzer gilt dies nicht, wohl aber für Boiler mit Heizwendel oder natürlich die Warmwasserbereiter im Keller, die ihre Wärme aus einem Gaskessel oder einer Wärmepumpe beziehen.

Für Mehrgeschossgebäude wird meist eine Aufheizung auf 65 Grad Celsius eingebaut, auch wenn sie aus Frischwasserstationen versorgt werden. Denn in der mitunter sehr langen Verrohrung stagniert das warme Wasser unter Umständen viele Stunden, ehe es genutzt wird. Zum Vergleich: Zum Baden oder Duschen reichen 38 Grad Celsius völlig aus.

Bis vor Kurzem wurde Sonnenstrom meist ins Stromnetz eingespeist. Durch die Novellen des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) und die fallenden Systemkosten in der Photovoltaik rückt der Eigenverbrauch im Gebäude in den Blickpunkt. Zumal die Preise der großen Stromversorger weiter steigen.

Neben den elektrischen Verbrauchern im Haus bietet vor allem warmes Trinkwasser eine gute Möglichkeit, den Eigenverbrauch des Solarstroms zu steigern. Der Warmwasserbedarf ist übers Jahr ungefähr gleich. Er hängt von der Zahl der Bewohner und ihren Gewohnheiten ab. In der Regel ist ein Warmwasserspeicher oder eine andere Versorgungsanlage vorhanden, die nun durch Sonnenstrom versorgt wird. Auch die Sonnenwärme aus solarthermischen Kollektoren lässt sich über den Pufferspeicher oder den Warmwasserspeicher in die Warmwasserbereitung einkoppeln.

Wer nur wenig Warmwasser braucht – etwa ein Singlehaushalt, ein integriertes Büro im Wohnhaus, eine Kleinfamilie –, kann Solarstrom vom Dach auf einfache Weise für kleine elektrische Durchlauferhitzer nutzen. Sie erlauben es, das warme Trinkwasser sehr wirtschaftlich und ohne hygienisches Risiko zu erzeugen. Allerdings fordern sie kurzzeitig hohe Ströme ab, je nach Schüttleistung. Deshalb brauchen sie unter Umständen entsprechende Batterien, um diese Leistung sofort zur Verfügung zu stellen. Danach speist die Solaranlage wieder in die Akkumulatoren und lädt sie neu auf.

Das Heizschwert als Tauchsieder

Zu beachten sind die Energieverluste bei der Umsetzung des DC-Stroms aus den Akkus in Wechselstrom für die Durchlauferhitzer. Allerdings erlauben elektrische Durchlauferhitzer sehr geringe Anschaffungskosten. Zumindest im Sommer bietet sich diese Variante an. Im Winter könnte das Warmwasser durch die Heizungsanlage mit versorgt werden.

Relativ jung ist die Idee, den Solarstrom direkt in den traditionellen Warmwasserspeicher zu speisen. Dazu bietet sich der Einbauplatz für den elektrischen Heizstab an, der bei den meisten Speichern ohnehin vorgesehen ist. Der Heizstab, auch Elektroheizpatrone oder Heizschwert genannt, kann mit DC oder AC laufen. Den DC-Solarstrom über den Batteriewechselrichter als Wechselstrom durch einen solchen „Tauchsieder“ zu schicken, verlagert einen Teil der Batteriekapazität in den Warmwasserspeicher. Man kommt mit kleineren Batteriepaketen aus, die bekanntlich noch recht kostenintensiv sind.

Schutz vor Legionellen

Man kann Solarstrom beispielsweise nutzen, um das Speichervolumen auf 65 Grad Celsius zu heizen (Legionellenschaltung), etwa jeden Mittag, wenn die Sonne aufs Dach brutzelt und ausreichend Solarstrom zur Verfügung steht. Oder man versorgt mit dem Solarstrom zunächst die elektrischen Verbraucher im Haus und füllt die Batterien (auch der Fahrzeuge in der Garage). Die restlichen Überschüsse wandern über das Heizschwert in den Warmwasserspeicher. Diese Variante hat den Vorteil, dass der kostbare Sonnenstrom erst am Ende in Wärme umgesetzt wird, die bekanntlich deutlich günstiger zu bezahlen ist als elektrischer Strom.

In dieser Konfiguration ist es sogar möglich, auf einen Netzanschluss für die Photovoltaikanlage gänzlich zu verzichten. Dann braucht der Sonnengenerator keine teure Zusatztechnik mehr, um das Netz zu stabilisieren oder die Wirkleistung bei Netzüberlastung abzuregeln. Auch muss der Betreiber in diesem Fall keine Mehrwertsteuer oder andere Umlagen auf den Sonnenstrom zahlen, weil er ihn nicht handeln kann. Der Solargenerator wird überhaupt nicht mehr im Stromnetz wirksam. Weil er mit dem Netz nicht verbunden ist, braucht sein Betreiber auch keinen Gewerbeschein.

Im Duo mit der Wärmepumpe

Allein die Berechnung der Wärmekosten zeigt die Vorteile, die sich aus der Photovoltaik ergeben. Die Kilowattstunde Wärme aus Erdgas kostet in Deutschland derzeit zwischen sechs und acht Eurocent. Solarstrom kostet zwischen neun und zwölf Cent je Kilowattstunde, je nach Größe und Komplexität der Anlage. Rechnet man ein, um wie viel einfacher eine elektrische Warmwasserbereitung ist, liegen die Vorteile auf der Hand. Wird der Sonnenstrom genutzt, um eine kleine Warmwasser-Wärmepumpe zu treiben, sieht es noch besser aus: Mit einer Kilowattstunde Sonnenstrom erzeugt die Wärmepumpe zwischen drei und vier Kilowattstunden nutzbare Wärme.

Eine Vielfalt denkbarer Lösungen ist mit relativ geringem technischen Aufwand realisierbar. Auf diese Weise treffen sich die klassischen Systeme zur Wärmeversorgung mit der Elektrik. Standen beide Systeme im Gebäude bisher weitgehend autonom nebeneinander, wachsen sie nun zusammen.

Etwas aufwendiger ist die Kombination der Solargeneratoren mit einer Wärmepumpe, die das warme Wasser erzeugt. Besonders für die Modernisierung bieten sich die kleinen Warmwasser-Wärmepumpen an. Sie nutzen die Umgebungsluft, um Warmwasser über einen elektrischen Verdichter zu erzeugen. Der Verdichter saugt die Umgebungsluft an. In seinem Arbeitskreis verdampft ein flüchtiges Medium. Das Arbeitsgas wird vom elektrischen Verdichter wie in einer Luftpumpe komprimiert, dadurch steigt seine Temperatur auf 55 oder 60 Grad Celsius. Über einen Wärmetauscher wird die Energie an das Kaltwasser übertragen, das sich auf 55 bis 65 Grad Celsius erwärmt. Entweder reicht die Temperatur aus, um den Legionellenschutz im Speicher zu gewährleisten. Oder ein elektrischer Heizstab hilft nach.

Zwei Spielarten dieser speziellen Wärmepumpen sind bekannt: Geräte mit integrierten Speichern und Splitgeräte. Die integrierten Speicher fassen zwischen 120 und 300 Liter, völlig ausreichend für ein Einfamilienhaus. Man kann sie gut mit solarthermischen Kollektoren kombinieren. Die Wärmepumpe springt erst ein, wenn die Kraft der Sonne nicht mehr ausreicht. Der Antriebsstrom für den Verdichter der Wärmepumpe kann durch Photovoltaik gedeckt werden.

Vorteile von Splitgeräten

Splitgeräte bestehen aus zwei Teilen: dem Speicher und der Wärmepumpe. Da sie getrennt sind, braucht man zur Einbindung von Solarwärme einen eigenen Speicherladekreis. Solche Wärmepumpen kann man an die Wand hängen.

Will man Sonnenstrom für den elektrischen Verdichter der Wärmepumpen nutzen, braucht man abgestimmte Aggregate. Ihre Steuerungen erkennen, wann ausreichend Sonnenstrom vorhanden ist, und schalten die Wärmepumpe ein. So kann sie ihren Job am Mittag verrichten, wenn die meisten Elektronen in den Solarmodulen auf dem Dach ihr Sonnenbad beendet haben und ins Gebäude fließen. Die Bewohner des Hauses sind zur Arbeit oder in der Schule, aber am Abend steht wieder ausreichend Warmwasser zur Verfügung.

Spezielle Wärmepumpen für Solarstrom

Der Markt bietet dafür bereits abgestimmte Komplettsysteme an. Sie kombinieren den Solargenerator mit einer Abluftwärmepumpe, um Warmwasser zu bereiten. Technisch gesehen ist das kein großes Problem. Der Solarstrom vom Dach treibt den Verdichter der Wärmepumpe an, die ihre thermische Energie für Warmwasser bereitstellt. Entscheidend ist die Regelung, denn die Wärmepumpe sollte vor allem dann laufen, wenn die Solaranlage Strom liefert. Einige Produkte am Markt schalten nach der Uhr oder hinterlegen die Kennlinien der Energieversorger in der Steuerungssoftware. Sie bilden den Warmwasserbedarf eines Privathaushalts in Deutschland sehr gut ab. Der Eigenverbrauch des Solarstroms steigt durch die Kombination mit der Wärmepumpe auf mehr als 50 Prozent – ohne Speicherbatterie.

Mittlerweile haben alle namhaften Hersteller von Warmwasser-Wärmepumpen solche Aggregate entwickelt, die mit der Photovoltaikanlage kommunizieren. Manche Geräte sind bereits für die Steuerung über ein Smart Grid vorbereitet. Sie verfügen über zwei Kontakte: Man kann die Wärmepumpe je nach Stromtarif schalten oder Überschussstrom aus der Photovoltaikanlage auf dem Dach zum Antrieb nutzen. Solche Aggregate schaffen 65 Grad Celsius im Heizbetrieb, arbeiten also legionellenfrei. Ein Warmwasserspeicher von 300 Litern ist integriert. Die Wärmepumpe kommt ohne elektrische Nachheizung aus.

Die kleinen Warmwasser-Wärmepumpen nutzen die Abwärme eines Kessels oder Pufferspeichers. Es gibt Aggregate mit Wärmetauscher zur Nachheizung oder mit zwei Wärmetauschern, für Wärmeerzeuger und Solaranlage. Alternativ kann der integrierte Elektroheizstab nachheizen. Zeitprogrammierung oder digitale Einbindung in die Gebäudeautomation sind kein Problem. Grundsätzlich sind Temperaturen zwischen 23 und 60 Grad Celsius möglich. Mit dem Zusatzheizstab (1,5 Kilowatt) werden höhere Temperaturen (Legionellenschutz) erreicht. In der Regel beträgt die elektrische Leistungsaufnahme solcher Warmwasser-Wärmepumpen deutlich weniger als ein Kilowatt, ihre thermische Leistung liegt zwischen 1,5 und 4 Kilowatt.

Stromhamster setzt Sonnenstrom in Wärme um

Die Freiburger Solarinvert GmbH hat mit dem Stromhamster ein System vorgestellt, das Strom aus regenerativen Quellen für Warmwasser und Raumheizung nutzt. Der Stromhamster erfüllt außerdem alle Anforderungen zur Aufnahme von kostenloser Regelenergie aus dem Stromnetz. Somit lassen sich bis zu 100 Prozent des erzeugten Stroms direkt vor Ort verbrauchen und Brennstoffkosten sparen. Die Komplettlösung ist sowohl für neue Anlagen als auch zur Nachrüstung geeignet. Sie ist für Boiler oder als Heizstab für großvolumige Speicher erhältlich.

Das System besteht aus Sensortechnik, Energiemanagement mit integriertem Webmonitoring und einer eigens entwickelten Leistungseinheit, die alle geltenden Anforderungen hinsichtlich EMV und Netzrückkopplung erfüllt. Es wird wahlweise mit einem Sechs-Kilowatt-Vorschaltboiler oder einem Heizstab gleicher Leistung ausgeliefert, zur Kombination mit einem Pufferspeicher.

Das integrierte Energiemanagement ermittelt die Differenz zwischen der aktuellen Stromerzeugung und dem Verbrauch im Haus und führt die überschüssige Energie zuerst ausgewählten Verbrauchern und anschließend der Warmwasseraufbereitung stufenlos zu. Durch die vollmodulierende Leistungsübertragung wird die Wärmeerzeugung genau auf die verfügbare Energie abgestimmt. Eine erweiterte Variante (SHKW) kann zudem die Heizung unterstützen.

Der Stromhamster reagiert sehr schnell. Er regelt seine Leistungseinheit (Power Unit) innerhalb von Sekundenbruchteilen und vermeidet ungewollten Netzbezug bei der Wärmeerzeugung. Speziell in der kalten Jahreszeit und bei höherem Wärmebedarf ist die Photovoltaik gegenüber der Solarthermie deutlich effizienter. Der Stromhamster bietet sich daher nicht nur als Nachrüstprodukt für bestehende Photovoltaikanlagen an, sondern auch als Ersatz für solarthermische Kollektoren auf neuen Gebäuden oder bei Sanierungsmaßnahmen.

Betreiber von Solargeneratoren aus den Jahren 2009 bis März 2012 haben einen weiteren Vorteil: Sie erhalten für ihren gesamten Sonnenstrom bis zu 25 Cent Eigenverbrauchsbonus je Kilowattstunde. Jede überschüssige Kilowattstunde Solarstrom wird in Wärmeenergie gewandelt und dadurch der Direktverbrauch maximiert.

Das Prinzip ist denkbar einfach: Der aus den Solarmodulen oder aus einer Kleinwindkraftanlage erzeugte Strom wird zuerst dem Eigenverbrauch im Haus zugeführt. Der überschüssige Strom wird ausgewählten Verbrauchern und danach einem Vorschaltboiler oder Heizstab zugeleitet, um Warmwasser für Dusche und Heizung zu erzeugen. Die gespeicherte Wärme steht in einem Pufferspeicher dem Verbraucher zur Verfügung. Der verbleibende, über den Bedarf und über die Speicherkapazität hinausgehende Überschussstrom wird ins öffentliche Netz eingespeist. In Abhängigkeit von der verfügbaren Energie können ausgewählte Verbraucher angesteuert und versorgt werden.

Im Lieferumfang des Stromhamsters ist ein kostenloses Monitoringsystem (online) enthalten. Ertragswerte der Solaranlage, Haushaltsstromverbrauch und Wärmeerzeugung sind über das Internet jederzeit einsehbar. Angezeigt werden die insgesamt erzeugte Energiemenge, die Verwendung des Überschussstroms, die Temperaturentwicklung des Schichtenspeichers und die Energie, welche für Brauchwassererwärmung und Heizungsunterstützung verwendet wird.

Über eine Schnittstelle (RS485) werden die notwendigen Informationen zwischen Energieversorger 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.

https://www.solarinvert.de/

Tipps und Hinweise für den Eigenverbrauch

Das neue Fachbuch „Energie im Wohngebäude – Effiziente Versorgung mit Strom und Wärme“ ermöglicht dem Leser einen ganzheitlichen Zugang zum Wohngebäude und seiner Versorgung mit Strom, Wärme und Wasser. Sämtliche Prozesse, die energetisch im Wohnhaus eine Rolle spielen, werden auf ihre Notwendigkeit, Potenziale und Einsparmöglichkeiten untersucht. Dazu analysiert und beschreibt der Autor ausführlich die Ressourcen von Gebäude und Umfeld – auch wie sie sich für eine weitgehend autarke Versorgung nutzen lassen.

Im Blickpunkt stehen die Senkung des Energieverbrauchs und der Kosten, die Erzeugung und Bereitstellung von Energie aus erneuerbaren Quellen und die Energiespeicherung – im Neubau und in der Modernisierung. Auch die Versorgung mit Wasser wird behandelt, sofern sie energetische Fragen berührt. Der Autor weist auf Normen und Vorschriften hin und gibt Hinweise zur Planung und Installation.

Das Werk wendet sich an Fachleute, die vor der Aufgabe stehen, ein Gebäude zu planen oder zu modernisieren, das eine zukunftsfähige, effiziente und kostensparende Versorgung mit Strom und Wärme realisiert. Das Buch ist auch als E-Book erhältlich. Es ist beim Verlag auf der Website oder in allen gut sortierten Buchhandlungen bestellbar. Fachbücher lassen sich steuerlich absetzen.

ISBN 978-3-8007-3569-3, Preis: 39 Euro

http://www.vde-verlag.de/140649

Warmwasser elektrisch erzeugen

Junkers bietet mit dem neuen Elacell-Kleinspeicher und zwei neuen Elaflux-Durchlauferhitzern effiziente Lösungen zur dezentralen elektrischen Warmwasserbereitung. Die Untertischversion des neuen Kleinspeichers Elacell Excellence verfügt über eine Dropstopp-Funktion, die tropfende Armaturen während der Aufheizphase verhindert – das spart Wasser und verringert Kalkablagerungen. Der Elacell Excellence kommt zum Einsatz, wo höhere Temperaturen als 60 Grad Celsius gefordert sind. Mit fünf Litern Speichervolumen und einer Leistung von 2,2 Kilowatt eignet sich der drucklose Kleinspeicher zur Warmwasserbereitung an Küchenspüle und Waschtisch. Der Elacell-Excellence-Speicher ist als Ober- oder Untertischversion lieferbar. Der verwirbelungsfreie Kaltwasserzulauf verhindert ein schnelles Durchmischen von Kalt- und Warmwasser im Speicher. So steht immer die eingestellte Warmwassermenge in Küche oder Bad bereit. Die Wassertemperatur kann stufenlos zwischen 35 und 85 Grad Celsius reguliert werden.

Bei den Durchlauferhitzern der Elaflux-Serie hat Junkers zwei neue Modelle im Programm: Elaflux Excellence und Elaflux Comfort. Der Elaflux Excellence zur druckfesten Installation ist vollelektronisch geregelt und deckt mit seinen zwei Modellversionen 18/21 und 24/27 einen Leistungsbereich von 18 bis 27 Kilowatt ab. Gegenüber hydraulischen Durchlauferhitzern spart er bis zu 30 Prozent Energie und Wasser ein. Über einen Schalter lässt sich die Leistung bedarfsgerecht von 18 auf 21 beziehungsweise von 24 auf 27 Kilowatt erhöhen.

Der Elaflux Excellence eignet sich nicht nur für die Einzel-, sondern auch für die Gruppen- oder Wohnungsversorgung. Die Warmwasserleistung auf 38 Grad Celsius beträgt bei der 18/21-Version 9,9 oder 11,6 und bei der 24/27-Version 13,2 beziehungsweise 13,9 Liter pro Minute. Über einen Drehregler und eine Digitalanzeige lässt sich die Auslauftemperatur zwischen 20 und 60 Grad Celsius stufenlos in 0,5-Grad-Schritten einstellen. Bei Übertemperatur und Verbrühungsgefahr blinkt das Display als Warnsignal. Für die einfache Über- oder Untertischmontage sorgen ein Systemmontagerahmen, flexible Anschlüsse für Kalt- und Warmwasser sowie das sehr flache Gehäuse.

Die Kleindurchlauferhitzer Elaflux Comfort gibt es in zwei Leistungsstufen: Als 3,6-Kilowatt-Version für 38 Grad Celsius Auslauftemperatur und 1,9 Liter pro Minute und als Sechs-Kilowatt-Gerät mit 3,2 Litern pro Minute. Junkers liefert die 3,6-Kilowatt-Version steckerfertig, die Sechs-Kilowatt-Version eignet sich zum Festanschluss. Beide Comfort-Modelle sind Untertischgeräte zur druckfesten oder drucklosen Installation.

https://www.bosch-homecomfort.com/de/de/wohngebaeude/unternehmen/einfach-vernetzt-mit-bosch/