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Warmwasser-Zirkulationssystem

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Definition: ein System der zentralen Warmwasserbereitung, welches auch bei entfernteren Verbrauchsstellen bald nach Öffnen eines Warmwasserhahnen warmes Wasser liefert

Englisch: hot water circulation system

Kategorien: Haustechnik, Wärme und Kälte

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 12.03.2011; letzte Änderung: 02.07.2016

Warmwasser-Zirkulationssystem

Abbildung 1: Aufbau eines Warmwasser-Zirkulationssystems.

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 – unabhängig von der eingestellten Warmwassertemperatur.

Gegen dieses Problem werden in vielen Gebäuden Zirkulationsleitungen verwendet (siehe Abbildung 1). Hier führt eine Warmwasserleitung vom Wärmeerzeuger zur Verbrauchsstelle, und parallel dazu eine weitere Leitung wieder zurück. Eine Zirkulationspumpe (meist in der Rückleitung im Heizkeller angebracht) pumpt das Wasser in diesem Kreislauf um, wobei es ständig im Wärmeerzeuger nacherhitzt wird. Mit diesem System bekommt man nach dem Aufdrehen eines Warmwasserhahns schnell warmes Wasser; allenfalls ein kurzes einfach geführtes Leitungsstück führt noch zu einer geringfügigen Verzögerung. Ein solches Zirkulationssystem erhöht den Komfort und spart Wasser, erhöht allerdings den Energieverbrauch (siehe unten).

In vielen Fällen ist die Verwendung eines Zirkulationssystems (oder alternativ einer Rohrbegleitheizung, siehe unten) aus hygienischen Gründen vorgeschrieben – in Deutschland dann, wenn der Rohrleitungsinhalt zwischen dem Warmwasserbereiter und der entferntesten Entnahmestelle größer ist als 3 Liter.

In größeren Gebäuden kann es auch mehrere Zirkulationsstränge geben. Sie können entweder mit separaten Pumpen versorgt werden oder auch mit einer einzigen, wenn das System entsprechend hydraulisch abgeglichen ist.

Schwerkraft-Zirkulationssysteme verwendet man heute kaum mehr – aus guten Gründen.

Früher gab es auch Schwerkraft-Zirkulationssysteme, die keine Pumpe benötigten. Hier trat aber prinzipbedingt ein relativ hoher Temperaturabfall vom Warmwasserbereiter zu den Zapfstellen hin auf, und die Zirkulation konnte nur auftreten, wenn sich das Wasser in der Rückleitung stark abkühlte. (Bei gleichmäßiger Temperatur in allen Leitungen ist keine natürliche Zirkulation möglich.) Deswegen wird diese Technik nicht mehr empfohlen. Die Nachteile überwiegen nämlich bei Weitem dem Vorteil der eingesparten Zirkulationspumpe.

Bei verzweigten Zirkulationssystemen kann das Problem auftreten, dass Teile des Systems mit geringem Strömungswiderstand einen hohen Durchfluss aufweisen, andere Teile dagegen weniger. Dem kann mit einem hydraulischen Abgleich beispielsweise durch reguläre Ventile begegnet werden (was aber nicht einfach ist), oder mit thermostatischen Ventilen oder auch durch Einsatz separater Pumpen in den Strängen.

Energieverbrauch von Warmwasser-Zirkulationssystemen

Leider können solche Zirkulationssysteme erhebliche energetische Nachteile bringen:

Moderne Zirkulationspumpen sind recht sparsam, aber es gibt noch viele alte Energieverschwender.

Die Wärmeverluste im System sind in der Regel das größere Problem – vor allem bei Leitungen in ungedämmten Außenwänden.

Beim Betrieb einer thermischen Solaranlage fällt der sommerliche Wärmeverlust der Leitungen natürlich weniger ins Gewicht, da hier häufig ohnehin Wärmeüberschüsse auftreten.

Die Energieverluste von Zirkulationssystemen lassen sich auf verschiedene Weisen wesentlich verringern:

Ein günstiger Entwurf der Raumeinteilung eines Hauses erlaubt kurze Warmwasserleitungen. Dies spart im Laufe der Zeit sehr viel Energie ein.

Zu jeder Zirkulationspumpe sollte eine Zeitschaltuhr gehören, die ihre Betriebszeit auf das nötige Maß einschränkt, oder eine thermostatische Regelung. Dies lässt sich auch nachträglich leicht realisieren.

Wie bereits angesprochen, können die Wärmeverluste eines Zirkulationssystems teilweise der Beheizung des Hauses dienen und sind insofern dann gar nicht als echte Verluste zu betrachten. Welcher Anteil der Verluste aber tatsächlich der Beheizung dient, also eine Reduktion des Heizwärmebedarfs bedeutet, hängt stark von den jeweiligen Umständen ab. Offenkundig ist dieser Effekt nur innerhalb der Heizperiode relevant. Außerdem kommt es darauf an, wohin die entwichene Wärme gelangt. Bei Leitungen in Außenwänden mit guter äußerer Wärmedämmung gelangt der Großteil der Wärme ins Innere, wird also für die Beheizung nützlich. Ohne außen gedämmte Wände, oder gar mit innen gedämmten Wänden, gelangt mehr Wärme nutzlos nach außen. Viele Zirkulationsleitungen liegen auch in Kellerräumen, wo eine zusätzliche Wärmequelle weniger nützlich oder gänzlich nutzlos ist.

Zirkulationssystem und Durchlauferhitzer

Ein Zirkulationssystem verträgt sich in vielen Fällen nicht sehr gut mit einem Durchlauferhitzer. Solange die Zirkulationspumpe läuft, muss der Durchlauferhitzer häufig aktiviert werden, um Wärmeverluste auszugleichen. Es kommt nun darauf an, um welche Art von Durchlauferhitzer es sich handelt:

Nicht alle Durchlauferhitzer sind für den Betrieb mit einem Zirkulationssystem geeignet.

In beiden Fällen ist es besonders wichtig, den Betrieb der Zirkulationspumpe über eine Zeitschaltuhr auf nicht zu lange Zeitperioden pro Tag zu beschränken, um den Heizbetrieb nicht zu sehr zu stören.

Störungen bei Zirkulationssystemen

Die Funktion von Zirkulationssystemen kann aus verschiedenen Gründen Störungen aufweisen, die nicht immer ganz einfach zu diagnostizieren sind:

Zirkulationssysteme können aus einer Vielzahl von Gründen Betriebsstörungen aufweisen.

Rückschlagventile können durch Kalk- oder Rost-Teilchen funktionsuntüchtig werden, woraus Betriebsstörungen resultieren können.

Funktionsuntüchtige Rückschlagventile an Mischarmaturen können vielfältige Probleme verursachen.

Einige dieser Störungen können häufiger auftreten, wenn viele Rost- oder Kalkteilchen im Leitungssystem zirkulieren. Sie können dann auch nach Behebung des Problems am jeweiligen Ort (z. B. in einem Rückschlagventil) bald wieder kommen. Man beachte, dass Komponenten wie Rückschlagventile je nach Bauart sehr unterschiedlich empfindlich auf solche Verschmutzungen reagieren können.

Besiedelung mit Legionellen

Mangelhaft wärmegedämmte Rücklaufleitungen erhöhen die Gefahr einer Besiedelung mit Legionellen.

Legionellen-Bakterien können nicht nur Warmwasserspeicher besiedeln, sondern sich auch in Warmwassersystemen festsetzen. Dies betrifft nicht nur, aber auch Zirkulationssysteme. Problematisch sind insbesondere Stellen, die über längere Zeit nicht eine ausreichend hohe Temperatur erreichen, um Legionellen abzutöten. Dieses Risiko besteht gerade auch dann, wenn alte Zirkulationsleitungen mangelhaft wärmegedämmt sind, so dass vor allem die Rücklaufleitung nie besonders heiß wird.

Die thermische Desinfektion ist nicht unbedingt wirksam, da es häufig kühlere Stellen gibt, an denen Bakterien überleben können.

Man kann bei Zirkulationssystemen eine thermische Desinfektion versuchen, bei der zum Beispiel eine Stunde lang die Warmwassertemperatur auf 60 °C oder mehr erhöht wird und die Umwälzpumpe andauernd läuft. Allerdings sind solche Maßnahmen nicht immer wirksam. Beispielsweise kann es Leitungsverzweigungen geben, die damit nicht oder nicht ausreichend erhitzt werden. Die Bakterien überleben dann in diesen kühleren Bereichen und können sich von dort neu ausbreiten.

Wegen der Legionellen-Problematik gilt z. B. in Deutschland eine ganze Reihe von Vorschriften betreffend die Pflicht zur Verwendung eines Zirkulationssystems und diverse Details seines Betriebs. Beispielsweise darf das von der Rücklaufleitung zurückkommende Wasser um nicht mehr als 5 Kelvin abgekühlt sein, und die Zirkulationspumpe darf für nicht zu lange Zeiten pro Tag abgeschaltet werden. Leider führt die Einhaltung dieser Vorschriften zu einem erhöhten Energieverbrauch, ohne aber wenigstens die Legionellen-Problematik mit Sicherheit zu beseitigen.

Elektrische Heizbänder als alternative Lösung

Anstelle von Zirkulationsleitungen werden manchmal elektrische Heizbänder (als Rohrbegleitheizung) verwendet, die die (einfach geführten) Warmwasserleitungen warm halten (etwa über eingebaute Kaltleiter, mit nachlassender Heizleistung bei erreichter Solltemperatur). Diese Lösung erscheint zunächst attraktiv, da nur einfach geführte Wasserleitungen benötigt werden, was Kosten spart und die Wärmeverluste deutlich reduziert. Außerdem wird eine Reihe möglicher Störungen, die für Zirkulationssysteme typisch sind (siehe oben), von vornherein vermieden.

Vorsicht: Elektrische Heizbänder für Warmwasserleitungen können enorme Energieverschwender sein!

Leider können solche Heizbänder aber zu einem hohen Verbrauch an wertvoller elektrischer Energie führen, wenn die Wärmedämmung der Leitungen nicht sehr gut ist. Wie oben erwähnt, gibt es häufig massive Verluste durch Wärmebrücken, selbst bei an sich ausreichenden Dämmstärken. Zwar sind die gesamten Wärmeverluste geringer, wenn durch eine Zirkulationssystem auf ein Rücklaufrohr verzichtet werden kann. Der Verbrauch an Endenergie kann also deutlich geringer als bei einem Zirkulationssystem sein. Jedoch ist die dafür benötigte elektrische Energie wesentlich wertvoller und teurer als die von einer Heizungsanlage bereitgestellte Wärme (außer natürlich bei Systemen mit elektrischem Durchlauferhitzer oder Elektroboiler); der Primärenergiebedarf ist deswegen in der Regel höher als mit einem Zirkulationssystem. Der entstehende Stromverbrauch kann ohne Weiteres zu einem wesentlichen Teil des gesamten Verbrauchs im Haus werden.

Man beachte auch, dass eine thermische Solaranlage die Wärmeverluste eines Zirkulationssystems mit abdecken kann (soweit genügend Sonneneinstrahlung vorhanden ist), nicht jedoch den Stromverbrauch der genannten Heizbänder verhindern kann.

Verzicht auf ein Zirkulationssystem

Wenn die Leitungslängen zwischen dem Wassererwärmer und den Verbrauchsstellen genügend kurz gehalten werden können, ist auch der Verzicht auf ein Zirkulationssystem möglich. Dies kann auch bei zentraler Warmwasserbereitung gelingen, wenn die mit Warmwasser versorgten Räume in einem kleinen Haus nahe beieinander angeordnet sind und einen entsprechend kleinen Wasserinhalt des Systems ermöglichen.

In größeren Häusern dagegen ist die dezentrale Warmwasserbereitung eine Option. Beispielsweise kann das Warmwasser für jede Wohnung eines Mehrfamilienhauses separat mit einer Gastherme im Badezimmer bereitet werden. Damit ist es aber nicht möglich, beispielsweise eine solare Warmwasserbereitung zu realisieren. Dies erlaubt der alternative Ansatz, dezentrale Frischwasserstationen zu verwenden, die zentral mit Heizungswasser versorgt werden.

Probleme für Warmwasser-Abrechnungen

In Mehrfamilienhäusern sollten die Kostenabrechnungen für Warmwasser zumindest zum Teil auf den gemessenen Wassermengen basieren. Diese Messung wird aber schwierig oder zumindest aufwendig, wenn jeder Haushalt das Warmwasser durch mehrere Abzweigungen an einem gemeinsamen Zirkulationssystem bezieht. Dann wird es nämlich notwendig, in jede dieser Abzweigungen einen Wasserzähler einzubauen. Dies verursacht erhebliche Kosten bei der Installation und erhöht auch den Aufwand der Zählerablesungen.

Leider ist es nicht praktikabel, Wasserzähler innerhalb der Zirkulationsleitung zu platzieren, um die Summe aller Abzweigungen zwischen jeweils zwei solchen Zählern durch eine Differenzmessung zu ermitteln. Da nämlich die umgewälzten Wassermengen meist viel größer sind als die bezogenen Wassermengen, wirken sich schon kleine Messfehler der Zähler massiv auf die Genauigkeit der Differenzwerte aus. Zudem würde der Dauerbetrieb der Zirkulation die Zähler sehr stark beanspruchen.

Wenn nur ein Zähler für Warmwasser in der Kaltwasserzuleitung des Warmwasserbereiters (oder auch in der Warmwasserleitung nach diesem) liegt, ist eine getrennte Ermittlung der Verbräuche verschiedener Parteien natürlich nicht möglich.

Siehe auch: Warmwasser
sowie andere Artikel in den Kategorien Haustechnik, Wärme und Kälte

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