Optimierung von Kleinheizungsanlagen/ Wärmeverluste bei der Warmwasserversorgung

Wärmeverluste bei einer mit der Heizung kombinierten Warmwasserversorgung

Standard ist meist die als "Indirekte Brauchwassererwärmung" bezeichnete Anlagentechnik, bei der das vom Brenner erwärmte Kesselwasser über einen sog.Brauchwasser-Ladekreis das in einem separaten Speicher vorhandene Brauchwasser über einen meist innenliegenden Wärmetauscher erwärmt.Dabei fördert die BW-Ladepumpe durch einen Brauchwasserthermostat(meist Teil des Heizungsreglers)solange Heizungswasser durch diesen Wärmetauscher bis die am Regler eingestellte Solltemperatur erreicht und eine meist einstellbare Nachlaufzeit überschritten wird. Um die Nachladung möglichst schnell zu vollziehen, wird während dieser Aktion die Heizkreispumpe abgeschaltet(= Brauchwasservorrangschaltung).Eine sog. Schwerkraft-Rückschlagklappe soll während der Stillstandzeit der Ladepumpe eine ungewollte Strömung im Ladekreis mit nutzloser Boilerabkühlung verhindern. Da trotz dieser Maßnahmen z.Bsp. im Sommer ohne Heizwärmeanforderung Kesselwasser-Restwärme von Speicher/Boiler-gleicher Temperatur ungenutzt an den Heizraum abgegeben wird, kann der Jahresnutzungsgrad bei der Brauchwasserwärmung je nach Kesselwasserinhalt und Ladehäufigkeit trotz bester Brenner/Kessel-Wirkungsgrade Werte von 50% unterschreiten!Deshalb kann bei derzeitigen Energieträgerkosten(Erdgas 5-7ct/kWh, PV-Strom ca.12ct/kWh) eine Solarthermische oder mit PV-Überschuß-Strom beheizte Brauchwassererwärmung wirtschaftlicher sein als die indirekte Erwärmung über den Heizkessel!

Zirkulationsleitung

Für erwärmtes Trinkwasser wird häufig ein Zirkulationsnetz verbaut, wobei das Warmwasser in einen geschlossenen Rohrkreis zirkuliert und jeder Verbraucher sofort nach Öffnen des Warmwasserhahns heißes Wasser zur Verfügung hat und nicht warten muss, bis es durch lange Rohrleitungen vom Warmwasserspeicher zufließt. Das zirkulierende Warmwasser gibt am Weg durch den Rohrkreis Wärme an das Rohrmaterial und die Umgebung (Mauerwerk, Luft) ab und kommt abgekühlt zur Wärmequelle zurück. Entsprechend dieser Rücklauftemperatur haben Wärmeverluste stattgefunden, die während der Heizperiode ein Beitrag zur Heizungswärmeversorgung sein können, außerhalb der Heizperiode aber echte Verluste darstellen.

Rücklaufendes leicht abgekühltes Wasser bringt garantiert die Wasserschichtung in einem Speicher („oben heiß, unten kalt“) durcheinander. Wird das rücklaufende abgekühlte Wasser einem Wärmespeicher zugeführt, so sollte dieser deshalb ein Schichtladespeicher (auch Schichtenspeicher genannt) sein, um die Durchmischung des Kesselwaasers und somit langsame Abkühlung des Kesselinhalts zu vermeiden. Die direkte Erwärmung des nur geringfügig abgekühlten Rücklaufwassers in einem Brennwertkessel verläuft meist ohne Brennwertnutzung, das bedeutet Erhitzung unter Wärmeverlust.

Zur Verminderung von Wärmeverlusten und zur Einsparung von Strom für Pumpe wird mitunter die Zirkulationspumpe nur dann in Betrieb gesetzt, wenn Warmwasser gezapft wird. Dies kann durch Strömungssensoren erkannt werden. Alternativ ließe sich die Pumpe einschalten, wenn die Beleuchtung einer Nasszelle (WC-Raum, Badezimmer) eingeschaltet wird oder mittels eines Tasters in der Küche oder mithilfe einer Zeitschaltuhr.

Bei vielen Entnahmestellen, bei denen gleichzeitig Warmwasser entnommen wird, ist es sinnvoll, das Warmwasser-Rohrnetz einem hydraulischen Abgleich zu unterziehen.

Kaltwasserleitung als Zirkulationsrückleitung

Eine Alternative zu einer Zirkulationsleitung stellt ein Nachrüstsatz namens „Zirkulationssystem ohne Zirkulationsleitung“ dar. Dabei dient die Kaltwasserleitung als Rückflußleitung. Beim letzten Verbraucher wird die Warmwasserleitung mit der Kaltwasserleitung durch einen Thermostat-„Zirkulationsregler“ samt Rückflussventil verbunden.

Wird die Zirkulationspumpe eingeschaltet, so strömt (bis zum Erreichen von 36°C) das noch zuwenig warme Wasser über die Kaltwasserleitung zurück zum Wasserkessel. Die Wärme bleibt im System erhalten, allerdings kann das halbwarm in den Speicher zurückströmende „Kaltwasser“ zur (geringfügigen) Störung der Temperaturschichtung führen. Das halbwarme Kaltwasser erreicht im Rückfluss erst den Speicher, wenn das Warmwasser zur Zapfstelle oder Einspeisestelle aufgestiegen ist und außerdem kühlt das Wasser beim Zurückfließen ab.

Bei der Systemvariante mit Schwerkraftzirkulation ohne Umwälzpumpe läuft der Kreislauf ständig und ist daher weniger empfehlenswert, bei der Systemvariante mit Umwälzpumpe muß hingegen ein Federdruck überwunden werden, der den automatischen Kreislauf verhindert, dadurch rinnt Warmwasser aus der Kaltwasserleitung in den Speicher nur zurück, wenn die Umwälzpumpe läuft. Als Systemnachteil rinnt beim Zapfen von Kaltwasser zuerst halbwarmes „Kreislaufwasser“ aus der Leitung (Wärmeverluste) bis kaltes Frischwasser nachströmt. Wird viel kaltes Trinkwasser in der Küche benötigt, dann stellt das „Rinnenlassen bis es kalt fließt“ einen Wärmeverlust dar, darum sollte vor Einbau des Systems anhand des Warmwasser- und Kaltwasserverbrauchs abgewogen werden ob der Wärmeverlust „bis heißes Wasser kommt“ größer ist als der Wärmeverlust „bis kaltes Wasser kommt“.

ohne Zirkulationsleitung

Fehlt die Zirkulationsleitung, dann lässt der Benutzer das Wasser so lange rinnen, bis es für seine Zwecke genügend warm wird, was eben durch die Länge der Zuleitung und Wärmeverluste im Zuflussrohr beeinflusst wird. Dabei geht der Wärmeinhalt des abrinnenden ungenügend warmen Wassers als Wärmeverlust verloren.

Werden Durchlauferhitzer (eine Gas-Therme aber auch eine Frischwasserstation) kurz (fürs Händewaschen) in Betrieb gesetzt, wird im Grunde viel Wärme erzeugt, aber wenig tatsächlich verbraucht. Beim Auskühlen der Gastherme entstehen höhere Auskühlverluste (weil das Abgas heißer ist als das Heißwasser einer Frischwasserstation). Mitunter kommt da ein elektrischer Durchlauferhitzer unterm Waschbecken im Betrieb billiger als die Wärmeerzeugung im Keller verbunden mit langem Rinnenlassen.

Falsch gestellte oder generell Einhebel-Mischerarmaturen verlängern dabei die Wartezeit und vergrößern zusätzlich die Wärmeverluste.

Dieser Wärmeverlust kann eingespart werden durch Verwendung von

• Mischbatterien mit getrennten Wasserhähnen (für Warmwasser und Kaltwasser): Wenn das Wasser zu heiß wird, wird entweder extra Kaltwasser aufgedreht oder der Heißwasserzufluss vermindert,
• Mischventilen mit automatischer Beimischung von Kaltwasser („Verbrühungsschutz“), also Kaltwasser läuft nur dann, wenn das Warmwasser zu heiß ist
• die Begrenzung der Warmwassertemperatur im Speicher (was wiederum Abstrahlverluste und Kalkausfall reduziert).

Einzelnachweise

Nichtwissenschaftliche Quellen und Erfahrungsberichte aus der Praxis

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