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Definition: warmes oder heißes Wasser für den Gebrauch z. B. im Haushalt
Sowohl Haushalte als auch diverse Industriebetriebe benötigen erhebliche Mengen von Energie für die Bereitung warmen oder heißen Wassers, im Folgenden als Warmwasser bezeichnet.
Für den Bedarf an Warmwasser pro Person und Tag kann mit 50 l angesetzt werden, hängt allerdings stark von den Nutzungsgewohnheiten ab. Wenn häufig Vollbäder genossen werden, kann der Verbrauch deutlich höher liegen, während sparsame Nutzer deutlich weniger benötigen.
Für die Erwärmung des Wassers um 50 K (z. B. von 5 °C auf 55 °C) ergeben sich ca. 0,058 kWh pro Liter oder 2,9 kWh pro 50 l an einem Tag, d. h. über 1000 kWh pro Jahr (ohne Standby-Verluste des Boilers). Wenn dieser Pro-Kopf-Verbrauch mit einem Elektroboiler gedeckt wird, ergibt dies einen Verbrauch an elektrischer Energie, der etwa vergleichbar ist mit dem Verbrauch, der normalerweise für alle anderen Zwecke im Haushalt zusammen (außer der Heizung) entsteht. Hieraus wird klar, dass sowohl der Warmwasserbedarf als auch die Art der Bereitstellung für den gesamten Energiebedarf von erheblicher Bedeutung sind.
Bei Passivhäusern kann der Wärmebedarf für die Warmwasserbereitung größer sein als der für die Beheizung, da der Heizwärmebedarf durch gute Wärmedämmung stark reduziert ist.
Die Warmwasserbereitung stellt auch erhebliche Anforderung an die benötigte Heizleistung, wenn das Warmwasser in einem Durchlauferhitzer erzeugt wird, d. h. wenn es zeitlich mit dem Verbrauch erhitzt wird. Wenn beispielsweise ein Wasserhahn 10 Liter heißes Wasser pro Minute durchlässt, ergibt dies pro Stunde 600 Liter je 0,05 kWh, also ca. 35 kWh pro Stunde, d. h. eine Leistung von 35 kW. Wenn diese Heizleistung von einer Heizungsanlage geliefert wird, kann das ihre Kapazität voll auslasten; es wird dann der reguläre Heizbetrieb häufig hierfür unterbrochen (Vorrangschaltung). Mit einer viel geringeren Heizleistung (aber nicht mit weniger Energie) kommt man aus, wenn das Wasser in einem großen Speicher allmählich erwärmt wird.
Mit diversen Maßnahmen kann der Warmwasserverbrauch in Haushalten reduziert werden:
Vielen Menschen fehlt das Bewusstsein dafür, dass die Warmwasserbereitung energieintensiv ist. Eine Minute lang Warmwasser aus dem Hahnen laufen zu lassen, kostet weitaus mehr Energie, als z. B. eine Stunde lang eine Energiesparlampe zu betreiben.
Für die Bereitung von Warmwasser gibt es verschiedene technische Möglichkeiten:
Die Warmwasserbereitung mit einem zentralen Elektroboiler (z. B. im Keller) ist ineffizient, weil wertvolle elektrische Energie in Niedertemperaturwärme umgewandelt wird. Hinzu kommen oft nicht unerhebliche Speicher- und Leitungsverluste (ähnlich wie bei der Wassererwärmung mit dem Heizkessel). Die Betriebskosten lassen sich durch die Verwendung von Nachtstrom deutlich drücken, sind aber immer noch relativ hoch.
Für kleine Elektrospeicher unter den Waschbecken gilt Ähnliches, wobei die Nachtstrom-Nutzung meist nicht möglich ist, der Aufwand für die gelegentliche Entkalkung höher ist (wenn mehrere Speicher benötigt werden) als bei einer zentralen Anlage und die Bereitschaftsverluste oft sehr beträchtlich sind. Allerdings sind die Leitungsverluste bei dieser Lösung gering.
Durchlauferhitzer speichern nicht dauerhaft heißes Wasser, sondern heizen das Wasser direkt auf, während es das Gerät durchläuft. Hierzu wird dann eine relativ hohe Heizleistung benötigt, welche meist entweder mit einem starken Elektro-Heizeinsatz oder mit einem Erdgasbrenner erzeugt wird.
Der Einsatz eines Durchlauferhitzers anstelle eines Warmwasserspeichers (z. B. eines Elektroboilers) kann die Bereitschaftsverluste vermeiden. Außerdem kann ein kompaktes Gerät praktisch unbegrenzte Mengen warmen Wassers liefern. Andererseits treten erhebliche Verluste vor allem beim Bezug kleiner Wassermengen dadurch auf, dass erst nur unzureichend erwärmtes Wasser verloren geht und nach Benutzung noch heißes Wasser im Durchlauferhitzer verbleibt. Im Übrigen ist der Warmwasser-Komfort meist erheblich reduziert: die Warmwassertemperatur schwankt stark und hängt auch wesentlich von der Durchlaufgeschwindigkeit ab.
Für Elektro-Durchlauferhitzer gilt zudem genauso wie für Elektro-Speicher, dass die Verwendung hochwertiger elektrischer Energie für die Herstellung von Niedertemperaturwärme ineffizient ist.
Häufig wird Warmwasser von der Heizungsanlage bereitgestellt: Ein Warmwasserspeicher im Keller bezieht von dieser die nötige Wärme. Dies geschieht oft einigermaßen effizient während der Heizperiode, aber teilweise sehr ineffizient im Sommer. Dies liegt daran, dass vor allem in nicht wärmegedämmten Häusern der Heizkessel für die Warmwasserbereitung völlig überdimensioniert ist und (vor allem bei alten Kesseln) sehr hohe Stillstandsverluste aufweist. Der Nutzungsgrad der Warmwasserbereitung kann dann im Sommer auf weniger als 20 % absinken. Neue Gas-Brennwertkessel sind diesbezüglich allerdings weitaus besser.
Recht effizient ist die Warmwasserbereitung über eine Heizungswärmepumpe, da diese nicht nur Umweltwärme mit nutzt, sondern auch meist sehr viel geringere Bereitschaftsverluste aufweist als ein Heizkessel.
Es gibt ebenfalls Brauchwasserwärmepumpen, die nur für die Warmwasserbereitung vorgesehen sind. Manche Geräte nutzen die Umgebungsluft (im Keller) als Wärmequelle. Dies kann problematisch sein, wenn der Keller nicht z. B. durch Abwärme von einem Heizkessel warm gehalten wird. Seltener wird kalte Außenluft verwendet.
Andere Wärmepumpen nutzen Abwärme von einer Lüftungsanlage. Sie entziehen der Abluft (verbrauchten Zimmerluft) Wärme und arbeiten recht effizient. Allerdings kann dann die Abluft nicht zusätzlich verwendet werden, um die Frischluft vorzuwärmen. Soweit eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung (zur Vorwärmung der Frischluft) baulich nicht möglich ist (z. B. häufig im Altbau), ist die Nutzung der Abluft mit einer Brauchwasserwärmepumpe sehr sinnvoll.
Thermische Solaranlagen enthalten einen oder mehrere Sonnenkollektoren, welche über einen Wärmetauscher im Warmwasserspeicher dort Wärme abgeben. Eine kleine Umwälzpumpe wird immer dann automatisch eingeschaltete, wenn das Wasser im Kollektor wärmer ist als im Speicher.
Der Artikel über solare Warmwasserbereitung gibt weitere Details.
Wenn eine zentrale Warmwasseranlage (mit Wassererwärmung in der Zentralheizungsanlage) einfache Warmwasserleitungen zu den Verbrauchsstellen hat, kann es beim Aufdrehen eines Warmwasserhahnen einige Zeit dauern, bis warmes Wasser kommt. Dies liegt einfach daran, dass die Leitung vom Wärmeerzeuger zur Verbrauchsstelle noch mit kaltem Wasser gefüllt ist. Erst wenn dieses abgeflossen ist, erhält man warmes Wasser.
Der Artikel über Warmwasser-Zirkulationssysteme beschreibt eine häufig gewählte Methode, um dieses Problem zu lösen – mit einer Reduktion von Wasserverlusten, aber gleichzeitig (vor allem bei nicht optimaler Anlagenauslegung) mit hohen Energieverlusten.
Generell können die Bereitschaftsverluste und die Leitungsverluste der Warmwasserbereitung minimiert werden, indem die Warmwassertemperatur möglichst niedrig gewählt wird. Allerdings kann die Gefahr der Entwicklung von Legionellen-Bakterien im Speicher oder in Leitungen bestehen. Diese Gefahr lässt sich eliminieren, indem der Speicher gelegentlich (z. B. einmal wöchentlich) auf eine höhere Temperatur von z. B. 60 °C aufheizt wird, etwa unter Verwendung eines Elektroheizstabs mit Thermostat und Zeitschaltuhr.
In vielen Fällen ist es energetisch günstig, Waschmaschinen und Geschirrspülmaschinen mit Warmwasser aus dem Hausnetz zu betreiben. Dies gilt insbesondere, wenn das Warmwasser mit Sonnenenergie bereitet wird, aber auch z. B. mit einem Gas-Brennwertkessel. Der Aufwand an elektrischer Energie für das interne Heizregister wird dann erheblich reduziert. Nicht sinnvoll ist ein Warmwasseranschluss, wenn die Warmwasserleitungen im Haus sehr lang sind, so dass anfangs mehrere Liter kalt kommen, oder natürlich wenn die zentrale Warmwasserbereitung auch elektrisch erfolgt.
Die meisten Geschirrspüler können problemlos mit Warmwasser betrieben werden. Bei Waschmaschinen ist ein zusätzlicher Warmwasseranschluss am Gerät nötig, den leider nur wenige Geräte haben. Eine Waschmaschine mit nur einem Wasseranschluss mit Warmwasser zu speisen, ist ungünstig, da für diverse Spülgänge kaltes Wasser genügt und manche Wäsche dann evtl. zu heiß gewaschen wird. Diese Probleme lösen spezielle (leider nicht billige) Vorschaltgeräte, die der Maschine am Anfang warmes Wasser geben, um später auf Kaltwasser umzustellen.
Siehe auch: Warmwasserspeicher, Wärme, Brauchwasserwärmepumpe, solare Warmwasserbereitung, Warmwasser-Zirkulationssystem