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Warmwasserspeicher

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Definition: ein Speicher für Warmwasser mit oder ohne eingebaute Wärmequelle

Englisch: hot water tank

Kategorien: Haustechnik, Wärme und Kälte

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta (G+)

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 08.03.2010; letzte Änderung: 23.02.2017

Ein Warmwasserspeicher ist ein Speicher für Warmwasser. Er besteht typischerweise aus einem korrosionsgeschützten Metallbehälter, der außen mit einer Wärmedämmung versehen ist.

Warmwasserspeicher

Abbildung 1: Ein Warmwasserspeicher mit 800 l Inhalt. Die mangelhafte Wärme­dämmung an den Anschlussstutzen erhöht die Bereitschaftsverluste deutlich.

Bauweisen

Warmwasserspeicher können auf verschiedene Weisen erwärmt werden:

Es gibt zentrale und dezentrale Warmwasserspeicher:

Manche Speicher sind als Schichtladespeicher ausgeführt. Hier wird die natürliche Temperaturschichtung (siehe unten) gezielt optimiert und ausgenutzt.

Weitere Unterschiede betreffen den Betriebsdruck und die Befüllung:

Für den Korrosionsschutz gibt es ebenfalls unterschiedliche Möglichkeiten. Meist werden die Speicher innen emailliert. Häufig wird bei Stahl-Speichern zusätzlich eine Magnesium-Anode eingesetzt, die innen elektrischen Kontakt mit der Außenwand hat und ebenfalls mit dem gespeicherten Wasser in Berührung kommt. Sie schützt den Stahlbehälter auf elektrochemische Weise, auch wenn die Emailschicht Fehlstellen haben sollte.

Spezielle Solarspeicher werden in Anlagen für die solare Warmwasserbereitung eingesetzt. Sie sind konventionellen Warmwasserspeichern meist ähnlich, können aber z. B. einen zusätzlichen Wärmeübertrager für die Solaranlage aufweisen.

Temperaturschichtung

Die Temperatur des Speichers, gemessen am oberen Ende oder eher in der Mitte, wird häufig mit einem Thermostaten geregelt: Die Beheizung wird aktiviert, wenn die Temperatur zu sehr abgesunken ist.

In einem Warmwasserspeicher kann eine starke Temperaturschichtung auftreten: Das wärmste Wasser steht oben, wo meist die Entnahme erfolgt, während unten häufig noch kaum erwärmtes Frischwasser liegt. Diese Schichtung kann relativ stabil sein, da die Dichte des warmen Wassers geringer und die Wärmeleitfähigkeit des Wassers niedrig ist. Eine besonders starke Schichtung entsteht in eher schlanken, aufrecht aufgestellten Speichern, vor allem wenn die Wasserzufuhr und die Beheizung keine allzu starke Verwirbelung und Konvektion erzeugen.

Da die Temperaturschichtung sehr vorteilhaft sein kann, wird sie in Schichtladespeichern speziell optimiert und ausgenutzt. Beispielsweise erlaubt dies die Entnahme von Wasser mit fast konstanter Temperatur auch in Zeiten, in denen keine Nachheizung erfolgt. Dies ist besonders wichtig beim Einsatz von Solaranlagen. Je stabiler die erreichte Schichtung ist, desto geringer ist die benötigte Speichergröße, was nicht nur die Kosten, sondern auch die Bereitschaftsverluste (siehe unten) reduziert.

Der Artikel über Schichtladespeicher erklärt die Vorteile dieses Konzepts detailliert.

Verkalkung

Leitungswasser enthält je nach Herkunft gewisse Mengen von Calciumhydrogencarbonat (Ca(HCO3)2), ein wasserlösliches Salz. Vor allem bei der Erwärmung auf 60 °C und mehr neigt dieses dazu, sich unter Abscheidung von gasförmigen Kohlendioxid (CO2) in Calciumcarbonat (CaCO3, Kalk) umzuwandeln. Der Kalk ist kaum wasserlöslich und fällt daher aus. Er bildet feste Kalkablagerungen, die auf den Innenwänden des Speichers nicht unbedingt nachteilig sind, häufig jedoch den Wärmeübergang an eingebauten Wärmeübertragern behindern und damit die Aufheizzeit verlängern. Es kommt auch vor, dass der Querschnitt der ausgehenden Warmwasserleitung zu stark reduziert wird. Bei älteren drucklosen Speichern kam es auch gelegentlich vor, dass der Ablauf völlig verstopft wurde und der Speicher beim Aufheizen dann explodierte.

Je nach Mineralgehalt des Leitungswassers und Speichertemperatur kann bereits wenige Jahre nach Inbetriebnahme eines Warmwasserspeichers eine aufwendige Entkalkung notwendig werden. Eine moderate Speichertemperatur von 50 bis 55 °C reduziert jedoch die Verkalkung stark.

Besiedelung mit Legionellen

In Warmwasserspeichern, die über längere Zeit mit nicht allzu hohen Temperaturen (z. B. unter 50 °C) betrieben werden, können sich Legionellen-Bakterien stark vermehren. Ein Teil der Legionellen gelangt dann mit dem Warmwasser zu den Verbrauchern. Eine gefährliche Infektion ist vor allem bei alten und immungeschwächten Menschen möglich, wenn fein versprühte Wassertropfen beim Duschen in die Lungen gelangen.

Probleme mit Legionellen können weitestgehend vermieden werden, wenn ein Speicher regelmäßig (z. B. einmal wöchentlich) auf eine höhere Temperatur (60 °C) aufgeheizt wird. Dies kann z. B. über einen Elektroheizstab mit Zeitschaltuhr geschehen, selbst wenn die Wasserbereitung sonst z. B. mit einer Wärmepumpe erfolgt, die für höhere Temperaturen nicht geeignet ist.

Eine günstigere Lösung für das Verhindern der Besiedelung mit Legionellen ist allerdings die Verwendung eines Durchlauferhitzers. Dieses Prinzip lässt sich in abgewandelter Form auch mit einem Warmwasserspeicher verbinden. Hierzu enthält der Speicher einen Wärmeübertrager, über den Wärme aus dem Speicher auf das zu erhitzende Wasser übertragen wird. Auf diese Weise wird von dem Wasser, welche schließlich zum Verbraucher geschickt wird, stets nur ein kleines Volumen vorgehalten. Legionellen haben damit sehr viel weniger Zeit, sich zu vermehren. Eine solche Einrichtung wird auch als Frischwasserstation bezeichnet, oder als Hygienespeicher. Es gibt auch Erdgasthermen, die einen solchen Wärmeübertrager enthalten und Wärme für Warmwasser entweder vom Gasbrenner oder von einem Heizungspufferspeicher verwenden können.

Bereitschaftsverluste

Unabhängig davon, ob warmes Wasser entnommen wird, verliert ein Warmwasserspeicher ständig Wärme an die Umgebung. Steht ein solcher Speicher z. B. in einem Keller, ist diese abgegebene Wärme nicht nutzbar, manchmal sogar störend. Der Wärmeverlust kann durch gute Wärmedämmung reduziert werden, ist aber selbst dann nicht unerheblich. Typischerweise verliert auch ein gut gedämmter Speicher mit z. B. 400 Litern Volumen täglich mehr als eine Kilowattstunde an Wärme. (Selbst bei Verwendung einer dicken Dämmschicht gibt es wesentliche Wärmeverluste vor allem am oberen Anschlussstutzen, der eine Wärmebrücke darstellt.) Bei elektrischer Nachheizung entsteht so allein schon wegen der Wärmeverluste ein Stromverbrauch, welcher mehr als dem von zwei modernen Kühlschränken entspricht. Bei älteren Speichern ist die Wärmedämmung häufig ungenügend, vor allem im Bereich von Anschlüssen (Zu- und Ableitungen), so dass die Verluste noch wesentlich höher werden. Ein häufiges Problem ist auch die durch die Temperaturunterschiede angeregte Mikrozirkulation in Anschlussleitungen, die den Wärmeverlust über die Anschlüsse erheblich verstärken kann, bei guten Speichern aber z. B. durch Sifons unterbunden wird.

Zukünftig könnten hoch effektive Vakuumwärmedämmungen (→ Vakuumdämmplatte) die Wärmeverluste verringern und gleichzeitig das nutzbare Speichervolumen vergrößern, weil eine solche Dämmung ziemlich dünn sein kann. Eine sorgfältige Behandlung der Anschlussstopfen bleibt aber unverändert wichtig.

Die Bereitschaftsverluste können minimiert werden, indem ein Speicher mit möglichst niedriger Temperatur betrieben wird. Die Gefahr der Besiedelung mit Legionellen lässt sich trotzdem vermeiden durch gelegentliche stärkere Aufheizung (siehe oben). Ansonsten ist eine Aufstellung in beheizten Räumen günstig, da dann der Wärmeabfluss aus dem Speicher nicht nur geringer ist, sondern zumindest während der Heizperiode als Heizwärme genutzt wird.

Gerade wenn die Wärmeerzeugung mit Erdgas erfolgt, ist es oft günstig, auf einen Warmwasserspeicher ganz zu verzichten zugunsten eines Durchlauferhitzers. Die Bereitschaft Verluste entfallen dann vollständig. Andere Vorteile sind die niedrigeren Kosten und der viel geringere Platzbedarf. Bei Verwendung anderer Brennstoffe wie z. B. Heizöl oder gar Holz ist die Realisierung eines Durchlauferhitzers schwierig oder unmöglich, sodass ein Warmwasserspeicher benötigt wird. Dasselbe gilt für die Verwendung von Solarthermie.

Angemessene Dimensionierung

Ein Warmwasserspeicher sollte nicht zu groß ausgelegt werden, da dies nicht nur zu etwas höheren Installationskosten und einem größeren Platzbedarf führt, sondern auch zu höheren Bereitschaftsverlusten. Wie oben dargelegt, sind diese meist erheblich, selbst bei gut wärmegedämmten Speichern.

Eine zu kleine Auslegung kann dagegen nachteilig sein, wenn die Beheizung mit einer leistungsschwachen oder nicht immer verfügbaren Wärmequelle (z. B. mit Sonnenkollektoren) erfolgt. Ein größerer Speicher kann hier z. B. auch ein oder zwei Tage mit geringer Sonneneinstrahlung überbrücken.

Einen wichtigen Anhaltspunkt gibt der tägliche Warmwasserbedarf. Durchschnittlich können ca. 40 Liter pro Person angesetzt werden. Jedoch kommt es stark auf die Verbrauchsgewohnheiten der Benutzer ab. Eine vierköpfige Familie, die das Duschen dem Baden meist vorzieht, mag ohne Weiteres mit insgesamt 150 Litern täglich auskommen. Eine andere Familie, in der am “Badetag” drei große Vollbäder genommen werden, könnte an diesem Tag sogar 500 Liter brauchen.

Welche Größe des Warmwasserspeichers die richtige ist, hängt offenkundig von vielen Faktoren ab, insbesondere vom tatsächlichen Warmwasserbedarf, aber auch von der Art der genutzten Wärmequelle. Deswegen sind einfache Richtwerte für Speichergrößen mit Vorsicht zu verwenden.

Heizungsbauer richten sich oft am ungünstigsten Fall aus, weil sie für eine zu knappe Dimensionierung u. U. kritisiert werden könnten, während eine zu große Dimensionierung meist nicht einmal bemerkt wird. Empfehlenswert ist sicher, vor dem Einbau eines Warmwasserspeichers die Verbrauchsgewohnheiten zu besprechen.

Siehe auch: Warmwasser, Schichtladespeicher, Wärmespeicher, Elektroboiler, Durchlauferhitzer, Eisspeicher
sowie andere Artikel in den Kategorien Haustechnik, Wärme und Kälte

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